中國科學(xué)院的研究人員最近制造了一種橫向隧穿場效應(yīng)晶體管。這是一種半導(dǎo)體器件，可通過稱為量子隧穿的現(xiàn)象進(jìn)行操作，以放大或切換電功率或信號(hào)。這種新晶體管是在范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)上制造的，該論文是在《自然電子》雜志上發(fā)表的，范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)是一種具有原子薄層的材料，這種材料不會(huì)相互混合，而是通過范德華相互作用來連接。

隧道場效應(yīng)晶體管是一種實(shí)驗(yàn)類型的半導(dǎo)體器件，它通過一種稱為帶對隧道(BTBT)的機(jī)制進(jìn)行操作。這些晶體管具有廣泛的應(yīng)用，例如，在射頻(RF)振蕩器或電子設(shè)備的存儲(chǔ)組件的開發(fā)中。

在這些設(shè)備中，載流子(即帶有電荷的顆粒)通常會(huì)通過勢壘隧穿，其方向與總輸出電流相同。該隧道中的電流直接影響設(shè)備的總電流。

為了最有效地運(yùn)行，這些設(shè)備理想地應(yīng)以高質(zhì)量的接口和尖銳的能帶邊緣來構(gòu)建。二維范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)因此可能是制造它們的最佳選擇，因?yàn)檠芯咳藛T可以輕松地將不同的材料堆疊在一起，從而獲得高質(zhì)量的界面和鋒利的帶狀邊緣。

為了在半導(dǎo)體器件中實(shí)現(xiàn)較高的隧穿效率，研究人員必須能夠通過費(fèi)米能級對準(zhǔn)來調(diào)整態(tài)的密度，并在不涉及聲子的情況下將動(dòng)量從源頭保存到動(dòng)量空間中。進(jìn)行了《自然電子》雜志最新研究的研究人員發(fā)現(xiàn)，使用2-D黑磷(BP)可以使他們完成這兩項(xiàng)工作。

研究人員在論文中寫道：“具有負(fù)差分電阻的隧道器件通常遵循一種工作原理，在該原理中，隧道電流直接影響驅(qū)動(dòng)電流。”“在這里，我們報(bào)道了一種由黑磷/ Al2O3/黑磷范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)制成的隧穿場效應(yīng)晶體管，其中隧穿電流相對于驅(qū)動(dòng)電流為橫向。”

在由這組研究人員創(chuàng)建的橫向隧穿場晶體管中，隧穿電流可通過靜電效應(yīng)引起輸出電流的急劇變化。最終，該器件可在室溫下獲得超過100的峰谷比(PVR)的可調(diào)負(fù)差分電阻。

研究人員寫道：“我們的器件還具有突然的開關(guān)特性，其體因子(柵極電壓相對于表面電勢的相對變化)是常規(guī)晶體管在寬溫度范圍內(nèi)的玻耳茲曼極限的十分之一。”在他們的論文中。

中國科學(xué)院的這個(gè)研究小組證明了使用含有BP的垂直范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)制造高效隧穿場效應(yīng)晶體管的可行性。將來，新設(shè)備可能會(huì)集成到許多電子設(shè)備中，從而有可能增強(qiáng)射頻振蕩器或多值邏輯應(yīng)用程序的性能。