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這項(xiàng)晶體管領(lǐng)域的重大研究突破，由中國(guó)科學(xué)院金屬研究所劉馳研究員、孫東明研究員和成會(huì)明院士主導(dǎo)，攜手該所任文才研究員團(tuán)隊(duì)和北京大學(xué)張立寧團(tuán)隊(duì)合作完成。北京時(shí)間8月14日夜間，相關(guān)成果論文以“一種基于載流子可控受激發(fā)射的熱發(fā)射極晶體管”為題在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》(Nature)發(fā)表。

通常情況下，載流子與周圍環(huán)境處于熱平衡狀態(tài)，稱為“穩(wěn)態(tài)”。不過(guò)，通過(guò)電場(chǎng)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(jìn)一步提升晶體管的速度和功能。

yobo·体育官网登录入口記者8月15日從中國(guó)科學(xué)院金屬研究所獲悉，該所科研團(tuán)隊(duì)聯(lián)合北京大學(xué)團(tuán)隊(duì)，最新發(fā)明一種由石墨烯和鍺等混合維度材料構(gòu)成的“熱發(fā)射極”晶體管，并提出一種全新的“受激發(fā)射”熱載流子生成機(jī)制。

該研究工作開(kāi)辟了晶體管器件研究的新領(lǐng)域，為熱載流子晶體管家族增添了新成員，并有望推動(dòng)其在未來(lái)低功耗、多功能集成電路中廣泛應(yīng)用。

合作團(tuán)隊(duì)介紹說(shuō)，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(jìn)一步發(fā)展的技術(shù)挑戰(zhàn)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(guān)鍵。正如水龍頭的閥門可調(diào)節(jié)水流的大小，晶體管也能夠調(diào)控由電子或空穴等載流子形成電流的大小。

合作團(tuán)隊(duì)表示，他們發(fā)明的新型晶體管由兩個(gè)耦合的“石墨烯/鍺”肖特基結(jié)組成，載流子由石墨烯基極注入，隨后擴(kuò)散到發(fā)射極，并激發(fā)出受電場(chǎng)加熱的載流子，從而導(dǎo)致電流急劇增加。這一設(shè)計(jì)使晶體管電流每變化一個(gè)數(shù)量級(jí)，所需的電壓變化小于1毫伏，突破了傳統(tǒng)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(xiàn)出峰谷電流比超過(guò)100的負(fù)微分電阻，展示出其在多值邏輯計(jì)算中的應(yīng)用潛力。(完)

石墨烯等低維材料憑借其原子級(jí)厚度、優(yōu)異的電學(xué)與光電性能，以及無(wú)表面懸鍵等特性，易于與其他材料形成異質(zhì)結(jié)，從而產(chǎn)生豐富的能帶組合，為熱載流子晶體管的發(fā)展提供了全新思路。基于此，中國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)通過(guò)可控調(diào)制熱載流子來(lái)提高電流密度，發(fā)明一種由石墨烯和鍺等混合維度材料構(gòu)成的“熱發(fā)射極”晶體管，并提出一種全新的“受激發(fā)射”熱載流子生成機(jī)制。