两纳米超短沟道的压电电子学晶体管

2025年03月21日 阅读量:97

元素百科介绍两纳米超短沟压电电子晶体管。由于短沟效应,Sub-5 nm硅(Si)晶体管的基场效应制造非常困难。CMOS器件不仅受到小尺寸制造技术的限制,还受到漏电场、电介质击穿等一些基本物理原理的限制。为了突破5纳米节点晶体管的限制,研究人员探索并研究了基于碳纳米管、半导体纳米线和二维过渡金属化合物的现场效应晶体管,但这些设备仍然依赖于外部栅极电压的控制机制。如果这种情况不能继续下去,这可能意味着摩尔定律的结束。

2006年,王中林院士利用氧化锌纳米线受应力产生的压电电势来调节现场效应晶体管的载流子输送特性,后来提到了压电电子晶体管,并首次提出了压电电子学的概念。压电电子晶体管是一种使用与传统CMOS器件完全不同的新型器件。该装置利用金属压电半导体界面产生的压电极化电荷(即压电电势)作为网极电压来调节晶体管中载流子的运输特性,并在具有纤维锌矿结构的压电半导体材料中得到了广泛的证实。具有二端结构的晶体管不仅创新地利用界面调节取代了传统的外部通道调节,而且可能会打破通道宽度的限制。

近日,在中国科学院北京纳米能源与系统研究所所长、佐治亚理工学院董教授王中林院士、西安电子科技大学秦勇教授的指导下,王龙飞博士、刘书海、尹欣博士等研究人员制备了一种新的沟通方式 nm超薄氧化锌压电子晶体管首次将压电电子学效应引入二维超薄非层压半导体材料。本工作系统研究了二维超薄氧化锌垂直方向的压电特性,利用金属半导体界面产生的压电极电荷(即垂直方向的压电电位)有效调节了装置的载流子输送特性,实现了简单的压力控制逻辑电路。本研究证实了压电极化电荷在超短通道中的“门控制”效应的有效性,在纳米长度下不需要外部门电极或任何其他具有挑战性的图案化工艺设计。研究结果开辟了二维非层压半导体材料中压电电子学效应的研究,在人机界面、能源收集和纳米机电系统等领域具有潜在的应用前景。

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