新型横向隧穿场效应晶体管

中国科学院的研究人员最近制造了一种横向隧穿场效应晶体管。这是一种半导体器件，可通过称为量子隧穿的现象进行操作，以放大或切换电功率或信号。这种新晶体管是在范德华(Van der Waals)异质结构上制造的，该论文是在《自然电子》(Nature Electronics)上发表的，范德华异质结构是一种具有原子薄层的材料，这些原子不会彼此混合，而是通过范德华相互作用来连接。

隧道场效应晶体管是一种实验类型的半导体器件，它通过一种称为带对隧道(BTBT)的机制进行操作。这些晶体管具有广泛的应用，例如，在射频(RF)振荡器或电子设备的存储组件的开发中。

在这些设备中，载流子(即带有电荷的粒子)通常会通过势垒隧穿，其方向与总输出电流相同。该隧道中的电流直接影响设备的总电流。

为了最有效地运行，这些设备理想情况下应构建有高质量的接口和尖锐的能带边缘。二维范德华异质结构因此可能是制造它们的最佳选择，因为研究人员可以轻松地将不同的材料堆叠在一起，从而获得高质量的界面和尖锐的带状边缘。

为了在半导体器件中实现较高的隧穿效率，研究人员必须能够通过费米能级对准来调整态的密度，并在不涉及声子的情况下将动量从源头保留到动量空间中。进行了《自然电子》杂志最新研究的研究人员发现，使用2-D黑磷(BP)可以使他们完成这两项工作。

研究人员在论文中写道：“具有负差分电阻的隧道器件通常遵循一种工作原理，在该原理中，隧道电流直接影响驱动电流。” “在这里，我们报道了一种由黑磷/ Al 2 O 3 /黑磷范德华异质结构制成的隧穿场效应晶体管，其中隧穿电流相对于驱动电流为横向。”

在这组研究人员创建的横向隧道场晶体管中，隧道电流可以通过静电效应引起输出电流的急剧变化。最终，该器件可在室温下实现超过100的峰谷比(PVR)的可调负差分电阻。

研究人员写道：“我们的器件还具有突然的开关特性，其体因子(栅极电压相对于表面电势的相对变化)是常规晶体管在宽温度范围内的玻耳兹曼极限的十分之一。”在他们的论文中。

中国科学院的这个研究团队证明了使用包含BP的垂直范德华异质结构制造高效隧穿场效应晶体管的可行性。将来，新设备可能会集成到许多电子设备中，从而有可能增强射频振荡器或多值逻辑应用程序的性能。