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研究人員開發出一種新的庫侖晶體管概念

作者: 來源: 發布時間:2017-08-08

           漢堡大學的一個研究小組發明了一種產生庫侖晶體管(單電子晶體管)的方法。這種晶體管價格低廉,用途也不盡相同。

 
縮小晶體管的問題
 
          我們的現代晶體管通常是由半導體材料制成的,大部分是由一種硅組成的。由于半導體工業目前接近納米尺度,因此不需要設計復雜的情況就很難制造這種晶體管。
 
          我們目前的場效應晶體管正接近材料的局限性,因為硅和類似材料的可伸縮性會產生量子效應,從而導致納米尺度上的不一致。這些問題引起了對石墨烯和寬帶隙半導體等替代材料的研究投入。
 
          晶體管的zui先進的制備方法已經達到納米級。有各種不同的方式來構建納米結構的制備方法5nm或使用高保真度較??;然而,并發癥與晶體管干擾和制造成本出現時我們到達這些尺度。
 
          隨著我們在電子和計算機技術方面的新應用,晶體管尺寸的縮小已經成為人們關注的焦點。然而,一旦晶體管低于微米大小,出現并發癥的隧穿效應造成相鄰晶體管之間的電子流的可能性增加。在我們目前的設計方法中,納米粒子結構不是單獨構建的,而是作為不可靠組件的復雜系統。這些組件還針對特定的技術進行定制,導致設備之間兼容性差,并使其集成困難,因為產生許多不同的變體的成本。
單電子晶體管結構圖
有機材料的庫侖晶體管
 
          漢堡大學的一個研究小組現在已經找到了一種制造廉價的和潛在的工業上合適的庫侖晶體管的方法。由Christian Klinke博士領導的小組,利用一種被稱為產生自組裝納米金屬顆粒的Langmuir Blodgett方法。
 
          Langmuir Blodgett的方法是使用有機材料膜將固體變成液體,然后用一層薄薄的水膜液。一旦在疏水膜上,液體會盡可能遠離自身擴散,但不會離開表面或使溶劑蒸發。然后,使用控制的屏障,表面被擠在一起,加壓兩個小時。這種方法留下致密的單層,沒有重疊或孔,可以從基板上提取。然后,將所得單層轉移到設備上。
 
          庫侖晶體管包括毗鄰隧道結和低的自電容電極之間的漏極和源極。低電容電極稱為島,隨著柵極電容器電壓的改變而改變電勢。如果向柵極施加足夠的正電壓,則島的電勢減小,從而允許電子穿過島并進入漏極。
 
          由于單層單獨沉積到每個區域,因此該過程在晶體管設計中具有多功能性,因為該過程可以被調諧以產生不同尺度和材料的晶體管。有了這種通用性,器件的性能,如閾值電壓,庫侖間隙,和振蕩可以調整,以適應各種電路的需要。
 
          新制造的晶體管具有90%以上的開/關比,除了低功耗和潛在的可擴展性外,還具有穩定的庫侖振蕩。
          
          “通過施加一個電壓,我們可以改變這一差距的能量,這意味著設備中的電流可以被打開和關閉的需要,”Klinke博士說。“這些設備中的傳輸機制是基于滲流和隧穿電子由代替經典帶庫侖阻塞在硅跳。
 
          該小組目前正在研制一種更小的納米顆粒晶體管,此外還將研究化學傳感器應用。

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