Naukowcy opracowali nowatorski tranzystor grafenowo-germanowy z gorącym emiterem, wykorzystujący nowy mechanizm generowania gorącego nośnika, osiągający niespotykaną dotąd wydajność. Postęp ten otwiera nowe możliwości dla urządzeń wielofunkcyjnych o niskim poborze mocy i wysokiej wydajności.
Tranzystory, podstawowe elementy układów scalonych, napotykają coraz większe trudności w miarę zmniejszania się ich rozmiarów. Aby zwiększyć wydajność obwodów, konieczne stało się opracowanie tranzystorów działających na innowacyjnych zasadach. Tranzystory z gorącym nośnikiem, które wykorzystują dodatkową energię kinetyczną nośników ładunku, oferują potencjał zwiększenia szybkości i funkcjonalności tranzystorów. Jednak ich skuteczność została ograniczona konwencjonalnymi metodami wytwarzania gorących nośników.
Zespół badaczy kierowany przez prof. Chi Liu, prof. Dongming Sun i prof. Huiming Cheng z Instytutu Badań Metali (IMR) Chińskiej Akademii Nauk zaproponował nowatorski mechanizm wytwarzania gorącego nośnika zwany „stymulowaną emisją podgrzanego przewoźników (SEHC).” Zespół opracował także innowacyjny tranzystor typu hot-emiter (HOET), pozwalający uzyskać ultraniskie wahania podprogowe na poziomie mniejszym niż 1 mV/dec i stosunek prądu szczytowego do dolnego przekraczający 100. Badanie dostarczyło prototypu niskonapięciowego mocne, wielofunkcyjne urządzenie na epokę post-Moore’a.
Praca ta została opublikowana w Natura.
Rola materiałów niskowymiarowych
Materiały niskowymiarowe, takie jak grafenze względu na ich grubość atomową, doskonałe właściwości elektryczne i optyczne oraz doskonałą powierzchnię pozbawioną defektów, mogą łatwo tworzyć heterostruktury z innymi materiałami. Tworzy to różnorodne kombinacje pasm energetycznych, oferując nowe możliwości opracowywania nowatorskich tranzystorów z gorącym nośnikiem.
Naukowcy z IMR opracowali tranzystor z gorącym emiterem, wykorzystując kombinację grafenu i germanu, co doprowadziło do innowacyjnego mechanizmu wytwarzania gorącego nośnika. Ten nowy tranzystor składa się z dwóch sprzężonych złączy Schottky’ego grafen/german.
Podczas działania german wtryskuje do bazy grafenu wysokoenergetyczne nośniki, które następnie dyfundują do emitera, powodując znaczny wzrost prądu z powodu znajdujących się tam wstępnie podgrzanych nośników. Podprogowe wahanie tej konstrukcji wynoszące mniej niż 1 mV/dec przekracza konwencjonalną „granicę Boltzmanna” wynoszącą 60 mV/dec. Tymczasem tranzystor ten wykazuje również stosunek prądu szczytowego do dolnego przekraczający 100 w temperaturze pokojowej. Na podstawie tych cech wykazano ponadto potencjał obliczeń logicznych wielowartościowych.
„Ta praca otwiera nową dziedzinę badań nad tranzystorami, dodając cennego członka do rodziny tranzystorów z gorącym nośnikiem i pokazując szerokie perspektywy ich zastosowania w przyszłych wielofunkcyjnych urządzeniach o wysokiej wydajności i niskim poborze mocy” – powiedział Liu.
Odniesienie: „Tranzystor z gorącym emiterem oparty na stymulowanej emisji podgrzewanych nośników” autorstwa Chi Liu, Xin-Zhe Wanga, Cong Shena, Lai-Peng Ma, Xu-Qi Yang, Yue Kong, Wei Ma, Yan Liang, Shun Feng, Xiao-Yue Wang, Yu-Ning Wei, Xi Zhu, Bo Li, Chang-Ze Li, Shi-Chao Dong, Li-Ning Zhang, Wen-Cai Ren, Dong-Ming Sun i Hui-Ming Cheng, 14 sierpnia 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-07785-3
Badanie to przeprowadzono we współpracy z zespołem Rena Wencai z IMR i zespołem Zhanga Lininga z Uniwersytetu w Pekinie.
