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研究人员开发出一种新的库仑晶体管概念

编辑: 来源: 发布时间:2017-08-08

           汉堡大学的一个研究小组发明了一种产生库仑晶体管(单电子晶体管)的方法。这种晶体管价格低廉,用途也不尽相同。

 
缩小晶体管的问题
 
          大家的现代晶体管通常是由半导体材料制成的,大部分是由一种硅组成的。由于半导体工业目前接近纳米尺度,因此不需要设计复杂的情况就很难制造这种晶体管。
 
          大家目前的场效应晶体管正接近材料的局限性,因为硅和类似材料的可伸缩性会产生量子效应,从而导致纳米尺度上的不一致。这些问题引起了对石墨烯和宽带隙半导体等替代材料的研究投入。
 
          晶体管的最先进的制备方法已经达到纳米级。有各种不同的方式来构建纳米结构的制备方法5nm或使用高保真度较小;然而,并发症与晶体管干扰和制造成本出现时大家到达这些尺度。
 
          随着大家在电子和计算机技术方面的新应用,晶体管尺寸的缩小已经成为人们关注的焦点。然而,一旦晶体管低于微米大小,出现并发症的隧穿效应造成相邻晶体管之间的电子流的可能性增加。在大家目前的设计方法中,纳米粒子结构不是单独构建的,而是作为不可靠组件的复杂系统。这些组件还针对特定的技术进行定制,导致设备之间兼容性差,并使其集成困难,因为产生许多不同的变体的成本。
单电子晶体管结构图
有机材料的库仑晶体管
 
          汉堡大学的一个研究小组现在已经找到了一种制造低价的和潜在的工业上合适的库仑晶体管的方法。由Christian Klinke博士领导的小组,利用一种被称为产生自组装纳米金属颗粒的Langmuir Blodgett方法。
 
          Langmuir Blodgett的方法是使用有机材料膜将固体变成液体,然后用一层薄薄的水膜液。一旦在疏水膜上,液体会尽可能远离自身扩散,但不会离开表面或使溶剂蒸发。然后,使用控制的屏障,表面被挤在一起,加压两个小时。这种方法留下致密的单层,没有重叠或孔,可以从基板上提取。然后,将所得单层转移到设备上。
 
          库仑晶体管包括毗邻隧道结和低的自电容电极之间的漏极和源极。低电容电极称为岛,随着栅极电容器电压的改变而改变电势。如果向栅极施加足够的正电压,则岛的电势减小,从而允许电子穿过岛并进入漏极。
 
          由于单层单独沉积到每个区域,因此该过程在晶体管设计中具有多功能性,因为该过程可以被调谐以产生不同尺度和材料的晶体管。有了这种通用性,器件的性能,如阈值电压,库仑间隙,和振荡可以调整,以适应各种电路的需要。
 
          新制造的晶体管具有90%以上的开/关比,除了低功耗和潜在的可扩展性外,还具有稳定的库仑振荡。
          
          “通过施加一个电压,大家可以改变这一差距的能量,这意味着设备中的电流可以被打开和关闭的需要,”Klinke博士说。“这些设备中的传输机制是基于渗流和隧穿电子由代替经典带库仑阻塞在硅跳。
 
          该小组目前正在研制一种更小的纳米颗粒晶体管,此外还将研究化学传感器应用。

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