香港城大研究人员找到开发性能卓越的多功能电子器件的新方法

电子元件（包括晶体管）的微型化已经达到了一个瓶颈，给半导体的生产带来了障碍。然而，由香港城市大学（城大）材料科学专家领导的一组研究人员推出了一种新方法，利用由混合维纳米线和纳米薄片制成的晶体管，制造出多功能、高性能的电子元件。这一突破有助于简化芯片电路设计，并促进未来灵活而节能的电子设备的发展。

近几十年来，随着晶体管和集成电路的不断扩展，已经开始达到物理和经济上的极限，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扩大增加了漏电流，从而增加了功率耗散。复杂的布线网络也会对功耗产生不利影响。

多值逻辑（MVL）已成为克服日益增长的功耗的一项前景广阔的技术。它超越了传统二进制逻辑系统的限制，大大减少了晶体管元件及其互连的数量，从而实现了更高的信息密度和更低的功耗。人们一直致力于构建各种多值逻辑器件，包括反双极晶体管（AAT）。

反双极晶体管的突破性进展

反双极器件是一类正（空穴）负（电子）电荷载流子都能在半导通道内同时传输的晶体管。然而，现有的反双极型器件主要使用二维或有机材料，这些材料对于大规模半导体器件集成来说并不稳定。此外，它们的频率特性和能效也很少被探索。

针对这些限制，香港城市大学协理副校长（企业）兼材料科学与工程学系副系主任何颂贤教授领导的研究团队着手研究开发信息密度更高、互连更少的反双极器件电路，并探索其频率特性。

基于 GaAsSb/MoS2 异质结的三元逆变器示意图

研究小组采用先进的化学气相沉积技术制造出了一种新型的混合维异质晶体管，它结合了高质量砷化镓锑纳米线和MoS2纳米片的独特性能。

革命性的混维晶体管

新型反双极性晶体管性能卓越。由于混维GaAsSb/MoS2结具有很强的界面耦合和带状结构排列特性，这种异质晶体管具有突出的反双极传输特性，并能实现跨导翻转。

与 CMOS 技术中的传统频率倍增器相比，转导的翻转使频率响应输入的模拟电路信号加倍，从而大大减少了所需器件的数量。何教授说："我们的混维反双极晶体管可以同时实现多值逻辑电路和频率乘法器，这在反双极晶体管应用领域尚属首次。"

香港城市大学教授何颂贤

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既快速又节能，从而实现了高性能的数字和模拟电路。

"何教授说："我们的研究结果表明，混合维反双极器件能够实现具有高信息存储密度和信息处理能力的芯片电路设计。迄今为止，半导体行业的大多数研究人员都专注于器件的微型化，以保持摩尔定律的发展。但是，反双极型器件的出现显示了现有基于二进制逻辑的技术的相对优越性。这项研究开发的技术代表着向下一代多功能集成电路和电信技术迈进了一大步。"

这项研究还为进一步简化复杂的集成电路设计以提高性能提供了可能。

这种混维反双极性器件的跨导翻转功能显示了在数字和模拟信号处理中的广泛应用，包括三元逻辑反相器、先进光电子学和倍频电路。何教授补充说："新的器件结构预示着未来多功能电子技术革命的潜力。"

编译来源：ScitechDaily