[据半导体摘要网站2020年2月21日报道] 韩国科学技术学院物理系教授Sungjae Cho领导的研究小组开发出了一种厚度可控的黑磷隧道场效应晶体管(TFET)，该晶体管开关功耗比传统互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管低10倍，待机功耗低10000倍。
研究小组表示，黑磷隧道场效应晶体管能够取代传统CMOS晶体管，特别是解决了隧道场效应晶体管运行速度和性能问题，为延续摩尔定律铺平了道路。
在上个月发表在《自然-纳米技术》杂志上的一项研究中，Cho教授的团队报告了一种天然的异质结隧道场效应晶体管，其黑磷层厚度可随空间变化而不存在界面问题。该晶体管在高导通电流下创造了最低的平均亚阈值摆幅，使得TFET能够像传统的CMOS晶体管一样快速工作，并且具有更低功耗。
Cho教授表示：“ 我们成功地开发出了第一个符合快速、低功耗开关基本标准的晶体管，它解决TFET性能下降的主要问题，可以取代CMOS晶体管。”
晶体管尺寸的不断缩小是当今信息技术成功发展的关键。然而，随着摩尔定律因功耗增加而达到极限，迫切需要开发新的替代晶体管设计。
随着晶体管尺寸的进一步微缩，降低开关和待机功耗，就必须克服亚阈值摆幅的热电子极限，即亚阈值范围内每十倍电流增加所需的电压。为了减少CMOS电路的开关和待机功率，降低晶体管的亚阈值摆幅至关重要。
然而，由于热载流子注入的影响，CMOS晶体管中存在60 mV/dec的固有亚阈值摆幅极限。《国际器件与系统路线图》预测，将来需采用CMOS以外的新材料新结构来应对晶体管的缩放挑战。特别是，TFET被认为可以作为CMOS晶体管的主要替代物，因为TFET的亚阈值摆幅可降低至60 mV/dec以下。TFET的运行通过量子隧穿实现，这不会像CMOS晶体管一样因热注入而限制亚阈值摆幅。
特别是，异质结TFET在低亚阈值摆幅和高导通电流方面具有重要的应用前景。高导通电流对晶体管的快速运行至关重要，因为低电流条件下将器件充电到开启状态需要更长的时间。与理论预期不同的是，由于异质结中的界面问题，先前开发的异质结TFET显示出比CMOS晶体管低100-100000倍的通态电流(100-100000倍的运行速度)。界面问题阻碍了低功耗TFET替代CMOS晶体管。
Cho教授表示:“我们已经首次展示了针对快速和超低功耗运行的TFET优化，这对于替代用于低功耗应用的CMOS晶体管至关重要。很高兴扩展摩尔定律，该定律最终可能会影响生活和社会的几乎各个方面。”本研究由韩国国家研究基金会资助。
