重大突破！我国科学家发明新型“热发射极”晶体管，实现功耗与性能双重优化

重大突破！我国科学家发明新型“热发射极”晶体管，实现功耗与性能双重优化

中国科学院金属研究所近日宣布了一项重大科研突破：通过使用石墨烯等材料，发明了一种新型“热发射极”晶体管。这种晶体管不仅能够降低功耗，还具有“负电阻”功能，有望推动集成电路技术的革新。

晶体管作为集成电路的基本单元，是现代电子设备不可或缺的核心元件。传统晶体管通过调控由电子或空穴等载流子形成的电流来实现功能，而载流子通常与周围环境处于热平衡状态，称为“稳态”。然而，通过电场加速等方法，可以提升载流子的能量，使其成为“热载流子”。

如果能够有效操控这种高能的热载流子，并提高其浓度，将有望进一步提升晶体管的速度和功能。基于这一思路，中国科学院金属研究所的研究团队发明了一种“受激发射”新型热载流子生成机制，并构建了“热发射极”晶体管。

据了解，此次研究成果新型晶体管由两个耦合的“石墨烯/锗”肖特基结组成。载流子由石墨烯基极注入，随后扩散到发射极，并激发出受电场加热的载流子，从而导致电流急剧增加。这一设计实现了低于1 mV/dec的亚阈值摆幅，突破了传统晶体管的玻尔兹曼极限（60 mV/dec）。

此外，该晶体管在室温下还表现出峰谷电流比超过100的负微分电阻，展示出其在多值逻辑计算中的应用潜力。这一突破性成果开辟了晶体管器件研究的新领域，为热载流子晶体管家族增添了新成员，并有望推动其在未来低功耗、多功能集成电路中的广泛应用。