我国科学家发明新型“热发射极”晶体管

8月15日，记者从中国科学院金属研究所获悉，该所研究员刘驰、孙东明和中国科学院院士成会明主导的研究团队合作，发明出一种由石墨烯和锗等混合维度材料构成的“热发射极”晶体管，并提出了一种全新的“受激发射”热载流子生成机制。相关研究成果15日发表在学术期刊《自然》上。

晶体管是集成电路的基本单元。随着晶体管尺寸的不断缩小，其进一步发展的技术挑战日益增多。

研究人员介绍，就像水龙头的阀门可以调节水流的大小，晶体管也能够调控由电子或空穴等载流子形成电流的大小。通常情况下，载流子与周围环境处于热平衡状态时称为“稳态”，但通过电场加速等方法，可以提升载流子的能量，使其成为“热载流子”。如果能够有效操控这种高能的热载流子，并提高其浓度，将有望进一步提升晶体管的速度和功能。

研究团队通过可控调制热载流子来提高电流密度，发明了一种由石墨烯和锗等混合维度材料构成的“热发射极”晶体管，并提出了一种全新的“受激发射”热载流子生成机制。

据介绍，这款新型晶体管由两个耦合的“石墨烯/锗”肖特基结组成。载流子由石墨烯基极注入，随后扩散到发射极，并激发出受电场加热的载流子，从而导致电流急剧增加。这一设计使晶体管电流每变化一个数量级，所需的电压变化小于1毫伏，突破了传统晶体管的玻尔兹曼极限。此外，该晶体管在室温下还表现出峰谷电流比超过100的负微分电阻，展示出其在多值逻辑计算中的应用潜力。

研究人员表示，该研究通过可控调制热载流子来提高电流密度，开辟了晶体管器件研究的新领域，为热载流子晶体管家族增添了新成员。

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