2024年8月14日，意昂3体育深圳研究生院信息工程學院張立寧助理教授團隊聯合中國科學院金屬研究所研究員劉馳、孫東明、任文才和中國科學院院士成會明團隊合作完成的研究論文“A Hot-Emitter Transistor based on Stimulated Emission of Heated Carriers”在Nature發表🍹。該研究成功報道了一種新機製的半導體器件🤦🏻‍♂️，該器件成為熱載流子晶體管家族的新成員，為後摩爾時代的低功耗和多功能器件設計提供了新的思路。

論文截圖

隨著集成電路產業進入後摩爾時代⛹🏽‍♀️，半導體器件面臨著眾多的技術挑戰和限製。已有的半導體晶體管中，場效應晶體管和雙極晶體管的應用廣泛，此外還包含一類熱載流子晶體管。然而，由於傳統熱載流子生成機製的限製，熱載流子晶體管尚未得到實際應用🤷🏿‍♀️。傳統機製主要有➰🚣🏻：載流子隧穿註入、光子激發和載流子加速。這些機製由於受到界面勢壘高度和厚度的影響，生成的熱載流子濃度和電流密度不足，導致熱載流子的宏觀輸運性能並不顯著📟，限製了熱載流子晶體管的真正性能🟰。因此，應在半導體晶體管的底層機製上進行深入的探索。

裝置結構和基本特性

團隊成員提出一種具有“受控調製熱載流子”特征的新型熱載流子發射機製🙅，並基於低維材料製備了器件的原型📴，顯著提升熱載流子晶體管的性能和功能🚘。具體來說，構建了混合維度石墨烯/鍺的雙肖特基結構熱發射極晶體管🧑🏽‍💻。該晶體管利用新型熱載流子生成機製💦，即加熱載流子的受激發射機製，載流子由石墨烯基極註入、擴散到發射極並激發其中被電場加熱的載流子，顯著增強了熱載流子電流。相關工作機製通過數據分析結合仿真輔助進行探索論證及建模研究✒️。基於這種機製的器件產生了顯著的特性：其一是超陡的擺幅，突破玻爾茲曼極限，亞閾值擺幅低於1mV/dec；其二是在室溫下獲得了峰谷電流比超過100的負微分電阻；其三是具有多值邏輯的功能🎄。該項工作揭示了半導體晶體管的新型工作機製，為後摩爾時代微電子器件技術的發展提供了一種全新的思路。

該工作由劉馳、孫東明和成會明主導設計；模型計算部分由張立寧課題組完成4️⃣，碩士研究生沈聰為文章的共同第一作者🧛；劉馳、孫東明及張立寧為該研究的通訊作者。

相關論文信息🧏🏿：

Liu, C., Wang, XZ., Shen, C. et al. A hot-emitter transistor based on stimulated emission of heated carriers. Nature (2024).