北京大学电子学院司佳-张志勇团队发明范霍夫冷源晶体管
2025/12/25
随着集成电路不断向先进节点演进,降低功耗已成为后摩尔时代信息处理系统面临的核心挑战之一。传统硅基金属‑氧化物‑半导体晶体管(MOSFET)的亚阈值摆幅(subthreshold swing, SS)受玻尔兹曼分布限制,在室温下难以突破60mV/dec。这一物理极限使得工作电压Vdd无法进一步降低,功耗随器件尺寸微缩而趋于瓶颈。
近日,北京大学电子学院碳基电子学研究中心和纳米器件物理与化学教育部重点实验室的司佳助理研究员-张志勇教授团队提出并实验验证了一种范霍夫(van Hove)冷源晶体管(VHS FET)。该器件利用准一维半导体在范霍夫奇点附近态密度陡降的特性,可以通过电化学掺杂或电场调控将源区费米能级精确调至某个范霍夫奇点附近,构建“冷源”(图1)。这种源和沟道采用同一种准一维半导体材料而形成同质结的方案,能够直接注入冷载流子,减少界面散射,同时简化了器件结构并利于尺寸微缩。
图1:VHS FET的概念及载流子分布
研究团队选择半导体型碳纳米管来构建范霍夫源和沟道(图2)。在这种器件中,主栅负责开关控制,辅助控制栅则精确调节源区费米能级。当费米能级靠近碳纳米管的范霍夫奇点时,源态密度随能量急剧下降,高能载流子被有效过滤,形成陡峭的热发射开关(图3)。实验结果表明,基于单根碳纳米管构建的VHS FET在室温下实现了49mV/dec的亚阈值摆幅,显著突破玻尔兹曼极限。在450nm栅长和0.5V的工作电压下,该器件的归一化开态电流与22nm节点硅基晶体管相当,而工作电压比硅基器件低0.25V(图4)。这一结果表明,范霍夫源不仅能够实现亚60mV/dec的陡峭开关特性,还可兼顾高电流驱动能力,为发展新一代超低功耗陡坡晶体管提供设计思路。
图2:CNT VHS FET场效应晶体管的工作模式
图3:冷源工作区间内VHS FET的性能优化
图4:CNT VHS FET的性能对标与尺度微缩潜力
相关成果以题为《用于超低功耗场效应晶体管的范霍夫源》(“van Hove Source for Ultralow Power Field‑Effect Transistors”)的论文于12月17日在线发表在ACS Nano。论文第一作者为北京大学电子学院2021级博士研究生何百哲,司佳和张志勇为共同通讯作者。合作者还包括北京大学集成电路学院研究员刘飞、清华大学教授姜开利、浙江大学教授金传洪、北京量子信息科学研究院研究员裴天和北京大学量子材料科学中心研究员卢晓波。该研究获得了国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目的资助支持。
文章来源北京大学,分享只为学术交流,如涉及侵权问题请联系我们,我们将及时修改或删除。
-
2026年第五届机器学习、云计算与智 26
-
2026年第二届计算机视觉与机器学习 627
-
2026年6月优质国际学术会议推荐 1157
-
2026年智慧教育与数据挖掘国际学术 813
-
2026年第11届生物医学信号与图像 697
-
2026资源、化学化工与应用材料国际 2559
-
2026年图像处理与数字创意设计国际 2369
-
2026年机械工程,新能源与电气技术 6849
-
2026年材料科学、低碳技术与动力工 2524
-
2026年海洋科学、水利工程与环境管 06-18
-
2026年环境工程、材料科学与循环经 06-18
-
2026年航空动力、流体力学与热物理 06-18
-
2026年地球化学、核物理与地质学国 06-18
-
2026年微机电、物理学与建模仿真国 06-18
-
2026年机械工程、电子技术与自动化 06-18
-
2026 JCR影响因子正式发布272
-
中国科协发布2025年《重要学术858
-
2026年新锐分区(原中科院期刊5648
-
2025年两院院士增选有效候选人5280
-
好学术:科研网址导航|学术头条分6842
-
2025年国际期刊预警名单发布!7028
-
2025年中科院期刊分区表重磅发24788
-
吉林大学校长张希:学术会议中的提8093
-
研究表明太阳耀斑终端激波可作为地06-24
-
研究揭示藻—菌共生体系强化养殖尾06-24
-
双功能手性双核镍催化研究获进展06-24
-
研究发现银河系中心极端环境下大质06-24
-
废塑料升级利用研究取得进展06-24
-
硒太阳能电池研究取得进展06-24
-
南京大学王涛团队首次发现110亿06-24
-
IETP 21433

-
AUIT 23367

-
北京信息科技大学 2531

-
中国中医科学院广安门医院肿瘤研究 18413

-
阜阳师范学院物理与电子科学学院 18544

-
北京会展公司 18629

-
北京中智英才企业管理咨询有限公司 18458

-
云南大学滇池学院 18534

-
中国岩土锚固工程协会 18519

-
鸿与智工业传媒集团 24427

-
北京航空航天大学 23479

-
InnovationEnterp 21593

-
上海益思研发管理咨询有限公司 2583

-
兰州理工大学 24429

-
北京国科企研信息咨询中心 2599

-
武汉光电国家实验室 23496

-
香港维科信息产业研究中心 2380

-
北京万邦会展有限公司 21387

-
华中科技大学 21448

-
QSD 23536





















154













































