Des scientifiques inventent un transistor à émetteur chaud pour les futurs appareils multifonctionnels à hautes performances et à faible consommation
Transistor à émetteur chaud basé sur l’émission stimulée de porteurs chauffés. Crédit : IMR
Les transistors, éléments de base des circuits intégrés, sont confrontés à des défis croissants à mesure que leur taille diminue. Le développement de transistors utilisant de nouveaux principes de fonctionnement est devenu crucial pour améliorer les performances des circuits.
Les transistors à porteurs chauds, qui exploitent l’excès d’énergie cinétique des porteurs, ont le potentiel d’améliorer la vitesse et la fonctionnalité des transistors. Cependant, leurs performances sont limitées par la manière dont les porteurs chauds sont traditionnellement générés.
Une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Liu Chi, le professeur Sun Dongming et le professeur CHeng Huiming de l’Institut de recherche sur les métaux (IMR) de l’Académie chinoise des sciences a proposé un nouveau mécanisme de génération de porteurs chauds appelé émission stimulée de porteurs chauffés (SEHC).
L’équipe a également développé un transistor à émetteur chaud innovant (HOET), permettant une variation de sous-seuil ultra-faible de moins de 1 mV/déc et un rapport de courant crête-vallée supérieur à 100. L’étude fournit un prototype d’un dispositif multifonctionnel à faible consommation pour l’ère post-Moore.
Ce travail a été publié dans Nature.
Les matériaux de faible dimension comme le graphène, en raison de leur épaisseur atomique, de leurs excellentes propriétés électriques et optiques et de leur surface parfaite sans défauts, peuvent facilement former des hétérostructures avec d’autres matériaux. Cela crée une variété de combinaisons de bandes d’énergie, offrant de nouvelles possibilités pour le développement de nouveaux transistors à porteurs chauds.
Des chercheurs de l’IMR ont développé un transistor à émetteur chaud utilisant une combinaison de graphène et de germanium, ce qui a conduit à un mécanisme innovant de génération de porteurs chauds. Ce nouveau transistor est composé de deux jonctions Schottky graphène/germanium couplées.
Emission stimulée par porteur dans un transistor à émetteur chaud. Crédit : IMR
Lors du fonctionnement, le germanium injecte des porteurs de haute énergie dans la base de graphène, qui se diffusent ensuite vers l’émetteur, déclenchant une augmentation substantielle du courant due aux porteurs préchauffés à cet endroit. Cette conception permet une variation sous-seuil inférieure à 1 mV/déc, dépassant la limite conventionnelle de Boltzmann de 60 mV/déc.
Parallèlement, ce transistor présente également un rapport de courant crête à vallée supérieur à 100 à température ambiante. Le potentiel de calcul logique multi-valeurs a été démontré sur la base de ces caractéristiques.
« Ces travaux ouvrent un nouveau domaine dans la recherche sur les transistors, en ajoutant un membre précieux à la famille des transistors à porteurs chauds et en montrant de larges perspectives pour leur application dans les futurs dispositifs multifonctionnels à hautes performances et à faible consommation d’énergie », a déclaré Liu.
Plus d’informations :
Chi Liu et al, Un transistor à émetteur chaud basé sur l’émission stimulée de porteurs chauffés, Nature (2024). DOI : 10.1038/s41586-024-07785-3
Fourni par l’Académie chinoise des sciences
Citation:Des scientifiques inventent un transistor à émetteur chaud pour les futurs appareils multifonctionnels à hautes performances et à faible consommation (2024, 22 août) récupéré le 22 août 2024 à partir de
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