功耗降低、性能提升！我国科学家发明新型“热发射极”晶体管

8月15日消息，大家都知道，晶体管是集成电路的基本单元，是如今时代不可或缺的元件之一。

晶体管能够调控由电子或空穴等载流子形成电流的大小，通常载流子与周围环境处于热平衡状态，称为“稳态”;但通过电场加速等方法，可以提升载流子的能量，使其成为“热载流子”。

如果能够有效操控这种高能的热载流子，并提高其浓度，将有望进一步提升晶体管的速度和功能。

近日，中国科学院金属研究所通过使用石墨烯等材料，发明了一种“受激发射”新型热载流子生成机制，并构建了“热发射极”晶体管，得到了一种既可以降低功耗又具有“负电阻”功能的晶体管，有望用于设计集成度更高、功能更丰富的集成电路。

据了解，此次研究成果新型晶体管由两个耦合的“石墨烯/锗”肖特基结组成。

载流子由石墨烯基极注入，随后扩散到发射极，并激发出受电场加热的载流子，从而导致电流急剧增加。

这一设计实现了低于1 mV/dec的亚阈值摆幅，突破了传统晶体管的玻尔兹曼极限(60 mV/dec)。

此外，该晶体管在室温下还表现出峰谷电流比超过100的负微分电阻，展示出其在多值逻辑计算中的应用潜力。

该工作开辟了晶体管器件研究的新领域，为热载流子晶体管家族增添了新成员，并有望推动其在未来低功耗、多功能集成电路中广泛应用。