美国研制出可替代CMOS器件的低功耗隧道晶体管

[据美国固态技术网站2013年12月18日报道]一种新型晶体管使更快、更低功耗的计算器件成为可能，可用于类似敏捷传感器网络、植入式医疗电子技术和高机动式计算等能量受限领域。近带隙隧道场效应晶体这种新型器件采用量子机制，电子遂穿超薄能量势垒，可以低电压产生高电流。

宾夕法尼亚州立大学、美国国家标准技术研究院以及专业晶片制造商IQE公司在国际电子器件会议（IEDM）上联合宣布了这一发现。IEDM会议汇集了全部来自主要芯片公司的代表，是一个广受认可的论坛，用于报告半导体和电子技术方面取得的突破性进展。

芯片制造商正在寻找继续缩小晶体管尺寸的方法，并力图在给定的面积内封装更多晶体管。隧道场效应晶体管被认为有望替代当前的CMOS器件。当前面对的主要技术挑战是随着尺寸减少，晶体管工作所需的功耗未能同步减少，结果导致电池消耗更快，产生更多热量，给电路带来不利影响。多种采用非标准硅材料的新型晶体管结构正被研究，用于克服能耗挑战。

宾夕法尼亚大学的研究生BijeshRajamohanan表示：“此前，该晶体管已在我们的实验室进行开发，用于在逻辑电路中替代MOSFET晶体管，可克服功耗问题。目前，我们的研究又向前迈进了一步，展示了该晶体管的高频工作能力，使其可用于功率极其受限的应用，如植入到人体中的用于处理和收发信息的电子器件。”

产生更多的功耗和热量的植入式器件会伤害被监控的机体组织，同时会更快耗尽电池，需要更频繁的电池更换手术。电子工程教授SumanDatta领导的研究团队利用铟镓砷和镓砷锑材料使能带接近于零—或称为近带隙，使电子能够按预期遂穿通过势垒。为改善放大率，研究人员将所有连接转移到垂直晶体管顶部的同一外表面上。

该器件的研究，是美国国家科学基金会通过纳米系统工程研究中心资助“一体化传感器及技术先进自供电系统”(NERC-ASSIST)这一更大计划的一部分。ASSIST计划的更大目标，是发展不使用电池、由人体供电的可穿戴式健康监控系统。参与研究的单位包括宾夕法尼亚大学、被卡罗莱纳州立大学、弗吉尼亚大学、佛罗里达国际大学。