15日，記者從中國科學院金屬研究所獲悉，該所研究員劉馳、孫東明和中國科學院院士成會明主導的研究團隊合作，發明出一種由石墨烯和鍺等混合維度材料構成的“熱發射極”電晶體，並提出了一種全新的“受激發射”熱載流子生成機制。相關研究成果15日發表在學術期刊《自然》上。

電晶體是積體電路的基本單元。隨著電晶體尺寸的不斷縮小，其進一步發展的技術挑戰日益增多。

研究人員介紹，就像水龍頭的閥門可以調節水流的大小，電晶體也能夠調控由電子或空穴等載流子形成電流的大小。通常情況下，載流子與周圍環境處於熱平衡狀態時稱為“穩態”，但通過電場加速等方法，可以提升載流子的能量，使其成為“熱載流子”。如果能夠有效操控這種高能的熱載流子，並提高其濃度，將有望進一步提升電晶體的速度和功能。

研究團隊通過可控調製熱載流子來提高電流密度，發明了一種由石墨烯和鍺等混合維度材料構成的“熱發射極”電晶體，並提出了一種全新的“受激發射”熱載流子生成機制。

據介紹，這款新型電晶體由兩個耦合的“石墨烯/鍺”肖特基結組成。載流子由石墨烯基極注入，隨後擴散到發射極，並激發出受電場加熱的載流子，從而導致電流急劇增加。這一設計使電晶體電流每變化一個數量級，所需的電壓變化小於1毫伏，突破了傳統電晶體的玻爾茲曼極限。此外，該電晶體在室溫下還表現出峰穀電流比超過100的負微分電阻，展示出其在多值邏輯計算中的應用潛力。

研究人員表示，該研究通過可控調製熱載流子來提高電流密度，開闢了電晶體器件研究的新領域，為熱載流子電晶體家族增添了新成員。

來源：中國科技日報