科学家发明热发射晶体管可用于未来的高性能低功耗多功能设备

晶体管是集成电路的组成部分，随着尺寸的减小，晶体管面临的挑战也越来越大。开发采用新工作原理的晶体管已成为提高电路性能的关键。

热载流子 晶体管利用载流子的过剩动能，具有提高晶体管速度和功能性的潜力。然而，传统热载流子的产生方式限制了其性能。

中国科学院金属研究所刘驰教授、孙东明教授、程惠明教授等研究团队提出了一种新颖的热载流子产生机制，即受激辐射加热载流子(SEHC)。

研究团队还开发出创新的热发射晶体管(HOET)，实现了小于1mV/dec的超低亚阈值摆幅和超过100的峰谷电流比，为后摩尔时代提供了一种低功耗、多功能器件的原型。

该项研究成果发表于《自然》杂志。

石墨烯等低维材料由于具有原子级厚度、优异的电学和光学性质、无缺陷的完美表面等特点，很容易与其他材料形成异质结构，从而产生多种能带组合，为开发新型热载流子晶体管提供了新的可能性。

IMR 的研究人员利用石墨烯和锗的组合开发出了一种热发射晶体管，从而为热载流子生成提供了一种创新机制。这种新型晶体管由两个耦合的石墨烯/锗肖特基结组成。

热发射晶体管中的载流子受激发射。图片来源：IMR

在工作过程中，锗将高能载流子注入石墨烯基极，然后扩散到发射极，由于基极的载流子预热，导致电流大幅增加。该设计的亚阈值摆幅小于 1 mV/dec，超过了传统的 60 mV/dec 的玻尔兹曼极限。

同时该晶体管还在室温下表现出超过100的峰谷电流比，这些特性进一步展示了其在多值逻辑计算方面的潜力。

刘教授表示：“这项工作开辟了晶体管研究的新领域，为热载流子晶体管家族增添了一名有价值的成员，并为其在未来高性能、低功耗、多功能设备中的应用展示了广阔的前景。”

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