香港城市大学的研究人员介绍了一种使用混合维晶体管的半导体技术的突破性方法。这一创新为更高效，高性能的电子产品铺平了道路，克服了传统缩小尺寸的挑战，并突出了向先进多功能集成电路的重大飞跃。
包括晶体管在内的电子元件的小型化已经进入停滞期，这给半导体的生产带来了障碍。尽管如此，由香港城市大学(CityUHK)材料科学专家领导的一组研究人员，已经公布了一种使用混合维纳米线和纳米片制成的晶体管制造高度通用和高性能电子产品的新方法。这一突破使芯片电路设计更容易，并促进了未来电子设备的发展，这些设备既灵活又节能。
近几十年来，由于晶体管和集成电路的持续缩放已经开始达到物理和经济极限，以可控和具有成本效益的方式制造半导体器件已成为一项挑战。晶体管尺寸的进一步缩放会增加电流泄漏，从而增加功耗。复杂的布线网络也会对电力消耗产生不利影响。
多值逻辑(MVL)已成为克服日益增长的功耗的一种有前途的技术。它超越了传统二进制逻辑系统的限制，大大减少了晶体管组件及其互连的数量，实现了更高的信息密度和更低的功耗。在构建各种多值逻辑器件，包括抗双极晶体管(AAT)方面付出了巨大的努力。
反双极性晶体管的突破
反双极性器件是一类晶体管，其中正极(空穴)和负极(电子)载流子可以在半导体通道内同时传输。然而，现有的基于aat的器件主要使用二维或有机材料，这对于大规模半导体器件集成是不稳定的。此外，它们的频率特性和能量效率很少被探索。
为了克服这些限制，香港城市大学副校长(企业)兼材料科学与工程系副系主任何志强教授领导的研究小组，开始研究开发具有更高信息密度和更少互连的抗双极器件电路，并探索其频率特性。
基于GaAsSb/MoS2异质结的三元逆变器原理图。资料来源:香港城市大学何教授研究小组
该团队创造了一种先进的化学气相沉积技术来制造一种新型的混合维异质晶体管，它结合了高质量GaAsSb纳米线和MoS2纳米片的独特特性。
Revolutio连Mixed-Dimensio部分晶体管
新型抗双极晶体管具有优异的性能。由于混合维GaAsSb/MoS2结的强界面耦合和带结构对准特性，异质晶体管具有显著的抗双极性转移特性和跨导翻转特性。
跨导的翻转使频率对输入模拟电路信号的响应增加了一倍，与CMOS技术中的传统倍频器相比，大大减少了所需的器件数量。
何教授说:“我们的混合维抗双极性晶体管可同时实现多值逻辑电路和倍频器，是抗双极性晶体管应用领域的首个同类产品。”
香港城市大学何志强教授。资料来源:香港城市大学
多值逻辑特性简化了复杂的布线网络，降低了芯片功耗。器件尺寸的缩小，以及结区的缩小，使器件快速和节能，从而产生高性能的数字和模拟电路。
何教授说:“我们的研究结果显示，混合维反双极性器件使芯片电路设计具有高信息存储密度和信息处理能力。”“到目前为止，半导体行业的大多数研究人员都专注于器件小型化，以保持摩尔定律的有效性。但是反双极器件的出现显示了现有的基于二进制逻辑的技术的相对优势。这项研究中开发的技术代表了下一代多功能集成电路和电信技术的一大步。”
这项研究也开启了进一步简化复杂集成电路设计以提高性能的可能性。
混合维抗双极性器件的跨导翻转特性显示了在数字和模拟信号处理方面的广泛应用的可能性，包括三元逻辑逆变器、先进光电子学和倍频电路。何教授补充说:“新的装置结构预示着未来多功能电子产品的技术革命潜力。”
参考文献:“混合维一维GaAsSb/2D MoS2异质晶体管实现多功能反双极性电子器件”，王伟，孟友，王卫军，谢鹏山，全泉，李博文，莱正勋，叶森坡，李登基，陈东，李晔展，尹迪，张宇轩，何振东，2023年12月5日，器件。DOI: 10.1016 / j.device.2023.100184
该研究由香港特别行政区研究资助局和深圳市科学技术创新委员会资助。
