有望突破!对晶体管变革长达十年的追求!

这些开关包括一个导电通道,它的电导率可以通过一个栅终端来改变,栅终端通过一个只有5到6个原子厚的介电薄膜从通道中分离出来。

智能手机包含数十亿个被称为晶体管的微小开关,这些开关让我们可以处理除打电话之外的无数任务——发短信、在社区导航、自拍和在网络上搜索。这些开关包括一个导电通道,它的电导率可以通过一个栅终端来改变,栅终端通过一个只有5到6个原子厚的介电薄膜从通道中分离出来。

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根据摩尔定律(Moore's law),晶体管在过去50年里一直在小型化。摩尔定律观察到,一块芯片上的晶体管数量大约每18个月就会增加一倍,而成本则会减半,但现在已经到了不能再进一步扩大晶体管的地步。

有望突破!对晶体管变革长达十年的追求!

博科园-科学科普:在《应用物理快报》(Applied Physics Letters)上,研究人员综述了负电容场效应晶体管(NC-FETs),这是一种新的器件概念,它表明,只需添加一层薄薄的铁电材料,就可以大大提高传统晶体管的效率。如果它能工作,同样的芯片可以计算更多,但需要更少的频繁充电。在论文中,研究人员总结了数控场效应管的最新研究成果,以及文献中报道的各种实验需要自我一致和连贯的解释。普渡大学电气和计算机工程教授Muhammad Ashraful Alam说:NC FETs最初是由我的同事Supriyo Datta教授和他的研究生Sayeef Salahuddin提出,他现在是加州大学伯克利分校的教授。

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  • 这是一个fc - fet示意图,其中与cmos兼容的铁电HZO层是栅极堆栈的一部分,用于实现栅极堆栈中的负电容和亚60 mV/dec晶体管原理。图片:Peide D. Ye

从一开始,Alam就对NC-FETs的概念产生了兴趣,这不仅是因为它解决了为半导体行业寻找一种新的电子开关这一迫切的问题,还因为它是一种广泛的相变器件的概念框架,这些器件统称为“Landau开关“。阿拉姆说:最近,当我的同事兼合著者叶培德教授开始实验展示这些晶体管时,我有机会与他合作,探索这种设备技术的有趣特性,我们的研究论文总结了对这个话题的‘理论-实验’观点。虽然已经有数百篇相关论文发表,但研究人员表示,准静态数控的有效性和NC- fet频率可靠性限制仍然是人们争论的热点。如果最终证明并集成到现代集成电路中,NC-FET晶体管的影响将是革命性的。鉴于这一潜力,有必要对设备概念进行系统分析。

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发现来自不同群体的数据有很大分散性,研究人员使用非常不同的技术来描述他们的设备。这需要对现有数据集进行综合和全面的分析。研究人员希望他们的研究工作能将社区聚集在一起,为实现这一有前景的技术提出协调进展的方法。20世纪电子技术的显著进步有时掩盖了底层设备技术不断创新的戏剧性故事。通过对相应器件技术的功率损耗和自热限制,催化了器件的再发明。上世纪50年代,当真空管达到功率损耗极限时,功率效率更高的双极晶体管取而代之。在20世纪80年代,双极晶体管被一种基于互补金属氧化物半导体(CMOS)场效应晶体管(fts)的更节能技术所取代。

博科园-科学科普|研究/来自: 美国物理学会

参考期刊文献:《应用物理快报》

DOI: 10.1063/1.5092684

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