原標題：中國科學家基于石墨烯等材料發明新型“熱發射極”晶體管

來源：中國新聞網

原標題：中國科學家基于石墨烯等材料發明新型“熱發射極”晶體管

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中新網北京8月15日電 (記者 孫自法)作為集成電路的基本單元，晶體管及其材料的相關研發進展一直備受矚目。

記者8月15日從中國科學院金屬研究所獲悉，該所科研團隊聯合北京大學團隊，最新發明一種由石墨烯和鍺等混合維度材料構成的“熱發射極”晶體管，并提出一種全新的“受激發射”熱載流子生成機制。

該研究工作開辟了晶體管器件研究的新領域，為熱載流子晶體管家族增添了新成員，并有望推動其在未來低功耗、多功能集成電路中廣泛應用。

這項晶體管領域的重大研究突破，由中國科學院金屬研究所劉馳研究員、孫東明研究員和成會明院士主導，攜手該所任文才研究員團隊和北京大學張立寧團隊合作完成。北京時間8月14日夜間，相關成果論文以“一種基于載流子可控受激發射的熱發射極晶體管”為題在國際著名學術期刊《自然》(Nature)發表。

本次研究發明的一種基于載流子可控受激發射的熱發射極晶體管。中國科學院金屬所/供圖

合作團隊介紹說，晶體管是集成電路的基本單元。隨著晶體管尺寸的不斷縮小，其進一步發展的技術挑戰日益增多。因此，探索具有新工作原理的晶體管，已成為提升集成電路性能的關鍵。正如水龍頭的閥門可調節水流的大小，晶體管也能夠調控由電子或空穴等載流子形成電流的大小。

通常情況下，載流子與周圍環境處于熱平衡狀態，稱為“穩態”。不過，通過電場加速等方法，可以提升載流子的能量，使其成為“熱載流子”。如果能夠有效操控這種高能的熱載流子，并提高其濃度，將有望進一步提升晶體管的速度和功能。

石墨烯等低維材料憑借其原子級厚度、優異的電學與光電性能，以及無表面懸鍵等特性，易于與其他材料形成異質結，從而產生豐富的能帶組合，為熱載流子晶體管的發展提供了全新思路。基于此，中國科學家團隊通過可控調制熱載流子來提高電流密度，發明一種由石墨烯和鍺等混合維度材料構成的“熱發射極”晶體管，并提出一種全新的“受激發射”熱載流子生成機制。

本次研究中載流子的受激發射效果圖。中國科學院金屬所/供圖

合作團隊表示，他們發明的新型晶體管由兩個耦合的“石墨烯/鍺”肖特基結組成，載流子由石墨烯基極注入，隨后擴散到發射極，并激發出受電場加熱的載流子，從而導致電流急劇增加。這一設計使晶體管電流每變化一個數量級，所需的電壓變化小于1毫伏，突破了傳統晶體管的玻爾茲曼極限。此外，該新型晶體管在室溫下還表現出峰谷電流比超過100的負微分電阻，展示出其在多值邏輯計算中的應用潛力。(完)

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