我国科学家发明新型“热发射极”晶体管

据中国科学院金属研究所官微消息，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心与北京大学的科研团队合作，采用了一种创新思路，通过可控调制热载流子来提高电流密度，发明了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，并提出了一种全新的“受激发射”热载流子生成机制。

该研究成果于8月15日以题为“A hot-emitter transistor based on stimulated emission of heated carriers”（一种基于载流子可控受激发射的热发射极晶体管）的论文发表在《自然》（Nature）期刊上。


晶体管器件结构和基本特性
a. 器件结构示意图；b. 横截面图；c. 晶体管阵列；d. 转移特性曲线；e. 输出特性曲线

据悉，这款新型晶体管由两个耦合的“石墨烯/锗”肖特基结组成。在器件工作时，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。

该项研究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、多功能集成电路中的广泛应用。