中国科学家基于石墨烯等材料发明新型“热发射极”晶体管措手不及

　　中新网北京8月15日电 (记者 孙自法)作为集成电路的热发射极基本单元，晶体管及其材料的中国相关研发进展一直备受瞩目。

　　记者8月15日从中国科学院金属研究所获悉，科学该所科研团队联合北京大学团队，家基最新发明一种由石墨烯和锗等混合维度材料构成的于石“热发射极”晶体管，并提出一种全新的墨烯明新措手不及“受激发射”热载流子生成机制。

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

　　这项晶体管领域的中国重大研究突破，由中国科学院金属研究所刘驰研究员、科学孙东明研究员和成会明院士主导，家基坐享其成携手该所任文才研究员团队和北京大学张立宁团队合作完成。于石北京时间8月14日夜间，墨烯明新相关成果论文以“一种基于载流子可控受激发射的热发射极晶体管”为题在国际著名学术期刊《自然》(Nature)发表。

　　合作团队介绍说，晶体管是茁壮成长集成电路的基本单元。随着晶体管尺寸的不断缩小，其进一步发展的技术挑战日益增多。因此，探索具有新工作原理的晶体管，已成为提升集成电路性能的关键。正如水龙头的卷帙浩繁阀门可调节水流的大小，晶体管也能够调控由电子或空穴等载流子形成电流的大小。

　　通常情况下，载流子与周围环境处于热平衡状态，称为“稳态”。不过，通过电场加速等方法，保家卫国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。

　　石墨烯等低维材料凭借其原子级厚度、先来后到优异的电学与光电性能，以及无表面悬键等特性，易于与其他材料形成异质结，从而产生丰富的能带组合，为热载流子晶体管的发展提供了全新思路。基于此，朝令夕改中国科学家团队通过可控调制热载流子来提高电流密度，发明一种由石墨烯和锗等混合维度材料构成的“热发射极”晶体管，并提出一种全新的“受激发射”热载流子生成机制。

　　合作团队表示，他们发明的耐人寻味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。这一设计使晶体管电流每变化一个数量级，所需的顾影自怜电压变化小于1毫伏，突破了传统晶体管的玻尔兹曼极限。此外，该新型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。(完)