突破传统晶体管极限，中国团队发明新型热发射极晶体管

HET（热电子晶体管）和RSTT（实空间转移晶体管）这类热载流子晶体管都具有十分高的发展潜力，然而，热载流子产生的机制要么是载流子注入，要么是电场加速，这可能会限制器件的性能和功能。zm7ednc

近日，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，成功发明了一种新型热发射极晶体管，其通过可控调制热载流子来提高电流密度，展现出突破现有晶体管技术限制的潜力。zm7ednc

这款新型晶体管由两个耦合的“石墨烯/锗”（Gr/ Ge）肖特基结组成。Gr通过二氧化铪 (HfO₂ ) 窗口与Ge接触。两个分离的Gr层分别用作发射极(emitter-Gr)和基极(base-Gr)，Ge衬底用作集电极。器件采用Gr转移和标准半导体工艺制造，高质量的单层Gr通过化学气相沉积生长并转移到Ge衬底上，Gr中的间隙则采用光刻法制造，间隙长度为2μm至75μm。zm7ednc

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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），而这正是现代低功耗应用所迫切需要的。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。zm7ednc

据悉，这一研究成果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的成员，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，是后摩尔时代一个重大的突破。zm7ednc