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黑磷隧道場效應晶體管TFET,功耗可降低上萬倍

發布時間:2020/2/27編輯:Ma Liang 人氣:3031

 
阿儀網 實驗室動態】據報道,韓國KAIST大學物理系的科研人員開發出可控厚度的黑磷隧道場效應晶體管(TFET),相對傳統半導體(CMOS)晶體管,該晶體管的功耗低10倍,待機功耗低10000倍。該研究小組表示,他們研發的黑磷TFET實現了創紀錄的高通態電流,這使得TFET能夠以比傳統CMOS晶體管更高的速度運行,并且功耗更低。
 
韓國科學技術高等研究院(KAIST)研究人員報告了一種黑磷晶體管,可以用作替代的超低功率開關。KAIST物理系的Sungjae Cho教授領導的研究團隊開發了可控厚度的黑磷隧道場效應晶體管(TFET),相對于互補金屬氧化物半導體(CMOS)晶體管該晶體管的開關功耗比傳統的低10倍,待機功耗也比傳統的低10000倍。
 
該研究小組表示,他們開發的快速和低功耗的晶體管,可以取代傳統的CMOS晶體管。特別是,他們解決了降低TFET操作速度和性能的問題,為擴展摩爾定律鋪平了道路。
 
在上個月發表在《自然納米技術》上的這項研究中,Cho教授的團隊報告了一種天然異質結TFET,其黑磷層厚度可隨空間變化而沒有界面問題。他們在4-5dec的電流范圍內實現了創紀錄的低平均亞閾值擺幅值,并實現了創紀錄的高通態電流,這使得TFET能夠以比傳統CMOS晶體管更高的速度運行,并且功耗更低。
 
Cho教授說:“我們成功開發出第一個達到快速、低功耗開關基本標準的晶體管。我們新開發的TFET可以解決有關TFET性能下降的重大問題,從而取代CMOS晶體管。”
 
晶體管的不斷縮小一直是當前信息技術成功發展的關鍵。然而,隨著摩爾定律因功耗增加而達到極限,迫切需要開發新的替代晶體管設計。
 
在進一步縮小晶體管尺寸的同時,要降低開關和待機功耗,就必須克服亞閾值擺幅的熱電子極限,該極限被定義為亞閾值范圍內每十倍電流增加所需的電壓。為了減少CMOS電路的開關和待機功率,降低晶體管的亞閾值擺幅至關重要。
 
然而,由于熱載流注入,CMOS晶體管存在60mV/dec的基本亞閾值擺幅極限。《國際設備和系統路線圖》已經預測,在不久的將來,將需要采用CMOS以外的新材料制成的具有新幾何形狀的新器件,以應對縮小晶體管尺寸的挑戰。特別是,由于可以將TFET的亞閾值擺幅大大降低到60mV/dec的熱電子極限以下,因此建議將TFET作為CMOS晶體管的主要替代產品。TFET通過量子隧穿操作,這不會像CMOS晶體管的熱注入那樣限制亞閾值擺幅。
 
特別是,異質結TFET具有提供閾值擺幅和高導通電流的巨大潛力。高導通電流對于晶體管的快速運行至關重要,因為將設備充電至導通狀態需要花費較長時間且電流較低。與理論上的預期不同,由于異質結中的界面問題,以前開發的異質結TFET的導通狀態電流比CMOS晶體管低100-100000倍(慢100-100000倍的運行速度)。這種低運行速度阻礙了用低功耗TFET替代CMOS晶體管。
 
Cho教授說:“就我們所知,我們已經首次展示了針對快速和超低功耗操作的TFET優化,這對于替代用于低功耗應用的CMOS晶體管至關重要。” 他說,他很高興擴展摩爾定律,該定律最終可能會影響生活和社會的幾乎各個方面。



微信號:ayiwangapp17

(來源: 搜狐證券時報網 公眾號半導體設備工程師 )

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