Sort fosfor tunnel felteffekt transistor som en ultra-lav effekt switch

Forskere har rapporteret om en sort fosfortransistor, der kan bruges som en alternativ ultra-lav strømafbryder. Et forskerhold ledet af professor Sungjae Cho i KAIST Institut for Fysik udviklede en tykkelsesstyret sort fosfortunnel-felteffekttransistor (TFET), der viser 10 gange lavere strømforbrug samt 10, 000 gange lavere standby-strømforbrug end konventionelle komplementære metal-oxid-halvleder-transistorer (CMOS).

Forskerholdet sagde, at de udviklede hurtige og laveffekttransistorer, der kan erstatte konventionelle CMOS-transistorer. I særdeleshed, de løste problemer, der har forringet TFET-driftshastighed og ydeevne, baner vejen for at udvide Moores lov.

I undersøgelsen omtalt i Natur nanoteknologi sidste måned, Professor Chos team rapporterede en naturlig heterojunction TFET med rumligt varierende lagtykkelse i sort fosfor uden grænsefladeproblemer. De opnåede rekordlave gennemsnitlige undertærskelsvingværdier over 4-5 dec. strøm og rekordhøje, på-tilstand strøm, som gør det muligt for TFET'erne at fungere lige så hurtigt som konventionelle CMOS-transistorer med lige så meget lavere strømforbrug.

"Vi udviklede med succes den første transistor, der opnåede de væsentlige kriterier for hurtig, lavt strømskifte. Vores nyudviklede TFET'er kan erstatte CMOS-transistorer ved at løse et stort problem vedrørende ydeevneforringelsen af ​​TFET'er, " sagde professor Cho.

Den kontinuerlige nedskalering af transistorer har været nøglen til den succesfulde udvikling af den nuværende informationsteknologi. Imidlertid, med Moores lov ved at nå sine grænser på grund af det øgede strømforbrug, udviklingen af ​​nye alternative transistordesigns er dukket op som et presserende behov.

Reduktion af både switching og standby strømforbrug, mens yderligere skalering af transistorer kræver overvindelse af den termioniske grænse for subthreshold swing, hvilket er defineret som den nødvendige spænding pr. ti gange strømstigning i undertærskelområdet. For at reducere både omskiftnings- og standbyeffekten af ​​CMOS-kredsløb, det er afgørende at reducere transistorernes subtærskelsving.

Imidlertid, der er en fundamental undertærskelsvinggrænse på 60 mV/dec i CMOS-transistorer, som stammer fra termisk bærestofinjektion. Den internationale køreplan for enheder og systemer har allerede forudsagt, at nye enhedsgeometrier med nye materialer ud over CMOS vil være nødvendige for at løse transistorskaleringsudfordringer i den nærmeste fremtid. I særdeleshed, TFET'er er blevet foreslået som et vigtigt alternativ til CMOS-transistorer, da subtærskeludsvinget i TFET'er kan reduceres væsentligt under den termioniske grænse på 60 mV/dec. TFET'er fungerer via kvantetunneling, hvilket ikke begrænser subthreshold swing som ved termisk indsprøjtning af CMOS transistorer.

I særdeleshed, heterojunction TFET'er har et betydeligt løfte om at levere både lavt subthreshold swing og høj on-state strøm. Høj on-current er afgørende for hurtig drift af transistorer, da opladning af en enhed til tændt tilstand tager længere tid med lavere strømme. I modsætning til teoretiske forventninger, tidligere udviklede heterojunction TFET'er viser 100-100, 000x lavere på-tilstand strøm (100-100, 000x langsommere driftshastigheder) end CMOS-transistorer på grund af grænsefladeproblemer i heterojunction. Denne lave driftshastighed forhindrer udskiftningen af ​​CMOS-transistorer med laveffekt-TFET'er.

Professor Cho sagde, "Vi har demonstreret for første gang, så vidt vi ved, TFET-optimering til både hurtige og ultra-lav-effekt operationer, som er afgørende for at erstatte CMOS-transistorer til laveffektapplikationer." Han sagde, at han er meget glad for at udvide Moores lov, som i sidste ende kan påvirke næsten alle aspekter af livet og samfundet.