新型橫向隧穿場效應晶體管

中國科學院的研究人員最近制造了一種橫向隧穿場效應晶體管。這是一種半導體器件，可通過稱為量子隧穿的現象進行操作，以放大或切換電功率或信號。這種新晶體管是在范德華(Van der Waals)異質結構上制造的，該論文是在《自然電子》(Nature Electronics)上發表的，范德華異質結構是一種具有原子薄層的材料，這些原子不會彼此混合，而是通過范德華相互作用來連接。

隧道場效應晶體管是一種實驗類型的半導體器件，它通過一種稱為帶對隧道(BTBT)的機制進行操作。這些晶體管具有廣泛的應用，例如，在射頻(RF)振蕩器或電子設備的存儲組件的開發中。

在這些設備中，載流子(即帶有電荷的粒子)通常會通過勢壘隧穿，其方向與總輸出電流相同。該隧道中的電流直接影響設備的總電流。

為了最有效地運行，這些設備理想情況下應構建有高質量的接口和尖銳的能帶邊緣。二維范德華異質結構因此可能是制造它們的最佳選擇，因為研究人員可以輕松地將不同的材料堆疊在一起，從而獲得高質量的界面和尖銳的帶狀邊緣。

為了在半導體器件中實現較高的隧穿效率，研究人員必須能夠通過費米能級對準來調整態的密度，并在不涉及聲子的情況下將動量從源頭保留到動量空間中。進行了《自然電子》雜志最新研究的研究人員發現，使用2-D黑磷(BP)可以使他們完成這兩項工作。

研究人員在論文中寫道：“具有負差分電阻的隧道器件通常遵循一種工作原理，在該原理中，隧道電流直接影響驅動電流。” “在這里，我們報道了一種由黑磷/ Al 2 O 3 /黑磷范德華異質結構制成的隧穿場效應晶體管，其中隧穿電流相對于驅動電流為橫向。”

在這組研究人員創建的橫向隧道場晶體管中，隧道電流可以通過靜電效應引起輸出電流的急劇變化。最終，該器件可在室溫下實現超過100的峰谷比(PVR)的可調負差分電阻。

研究人員寫道：“我們的器件還具有突然的開關特性，其體因子(柵極電壓相對于表面電勢的相對變化)是常規晶體管在寬溫度范圍內的玻耳茲曼極限的十分之一。”在他們的論文中。

中國科學院的這個研究團隊證明了使用包含BP的垂直范德華異質結構制造高效隧穿場效應晶體管的可行性。將來，新設備可能會集成到許多電子設備中，從而有可能增強射頻振蕩器或多值邏輯應用程序的性能。