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黑磷隧道场效应晶体管TFET,功耗可降低上万倍

2020/2/27编辑:Ma Liang 人气:748

 
平安彩票开奖直播网 平安彩票电子游戏动态】据报道,韩国KAIST大学物理系的科研人员开发出可控厚度的黑磷隧道场效应晶体管(TFET),相对传统半导体(CMOS)晶体管,该晶体管的功耗低10倍,待机功耗低10000倍。该研究小组表示,他们研发的黑磷TFET实现了创纪录的高通态电流,这使得TFET能够以比传统CMOS晶体管更高的速度运行,并且功耗更低。
 
韩国科学技术高等研究院(KAIST)研究人员报告了一种黑磷晶体管,可以用作替代的超低功率开关。KAIST物理系的Sungjae Cho教授领导的研究团队开发了可控厚度的黑磷隧道场效应晶体管(TFET),相对于互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管该晶体管的开关功耗比传统的低10倍,待机功耗也比传统的低10000倍。
 
该研究小组表示,他们开发的快速和低功耗的晶体管,可以取代传统的CMOS晶体管。特别是,他们解决了降低TFET操作速度和性能的问题,为扩展摩尔定律铺平了道路。
 
在上个月发表在《自然纳米技术》上的这项研究中,Cho教授的团队报告了一种天然异质结TFET,其黑磷层厚度可随空间变化而没有界面问题。他们在4-5dec的电流范围内实现了创纪录的低平均亚阈值摆幅值,并实现了创纪录的高通态电流,这使得TFET能够以比传统CMOS晶体管更高的速度运行,并且功耗更低。
 
Cho教授说:“我们成功开发出第一个达到快速、低功耗开关基本标准的晶体管。我们新开发的TFET可以解决有关TFET性能下降的重大问题,从而取代CMOS晶体管。”
 
晶体管的不断缩小一直是当前信息技术成功发展的关键。然而,随着摩尔定律因功耗增加而达到极限,迫切需要开发新的替代晶体管设计。
 
在进一步缩小晶体管尺寸的同时,要降低开关和待机功耗,就必须克服亚阈值摆幅的热电子极限,该极限被定义为亚阈值范围内每十倍电流增加所需的电压。为了减少CMOS电路的开关和待机功率,降低晶体管的亚阈值摆幅至关重要。
 
然而,由于热载流注入,CMOS晶体管存在60mV/dec的基本亚阈值摆幅极限。《国际设备和系统路线图》已经预测,在不久的将来,将需要采用CMOS以外的新材料制成的具有新几何形状的新器件,以应对缩小晶体管尺寸的挑战。特别是,由于可以将TFET的亚阈值摆幅大大降低到60mV/dec的热电子极限以下,因此建议将TFET作为CMOS晶体管的主要替代产品。TFET通过量子隧穿操作,这不会像CMOS晶体管的热注入那样限制亚阈值摆幅。
 
特别是,异质结TFET具有提供阈值摆幅和高导通电流的巨大潜力。高导通电流对于晶体管的快速运行至关重要,因为将设备充电至导通状态需要花费较长时间且电流较低。与理论上的预期不同,由于异质结中的界面问题,以前开发的异质结TFET的导通状态电流比CMOS晶体管低100-100000倍(慢100-100000倍的运行速度)。这种低运行速度阻碍了用低功耗TFET替代CMOS晶体管。
 
Cho教授说:“就我们所知,我们已经首次展示了针对快速和超低功耗操作的TFET优化,这对于替代用于低功耗应用的CMOS晶体管至关重要。” 他说,他很高兴扩展摩尔定律,该定律最终可能会影响生活和社会的几乎各个方面。



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(来源: 搜狐证券时报网 公众号半导体设备工程师 )

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