Inventan transistor de emisor caliente para dispositivos de alto rendimiento y bajo consumo

Los transistores, los componentes básicos de los circuitos integrados, se enfrentan a desafíos cada vez mayores a medida que su tamaño disminuye.

El desarrollo de transistores que utilicen principios operativos novedosos se ha vuelto crucial para mejorar el rendimiento del circuito.

Los transistores de portador caliente, que utilizan el exceso de energía cinética de los portadores, tienen el potencial de mejorar la velocidad y la funcionalidad de los transistores.

Sin embargo, su rendimiento se ha visto limitado por la forma en que tradicionalmente se han generado los portadores calientes.

Un equipo de investigadores dirigido por el Prof. Liu Chi, el Prof. Sun Dongming y el Prof. CHeng Huiming del Instituto de Investigación de Metales (IMR) de la Academia China de Ciencias ha propuesto un nuevo mecanismo de generación de portadores calientes llamado emisión estimulada de portadores calentados (SEHC).

El equipo también ha desarrollado un innovador transistor de emisor caliente (HOET), que logra una oscilación de subumbral ultrabaja de menos de 1 mV/dec y una relación de corriente pico-valle superior a 100.

El estudio proporciona un prototipo de un dispositivo multifuncional de bajo consumo para la era posterior a Moore.

Los materiales de baja dimensión como el grafeno, debido a su espesor atómico, excelentes propiedades eléctricas y ópticas y superficie perfecta sin defectos, pueden formar fácilmente heteroestructuras con otros materiales.

Esto crea una variedad de combinaciones de bandas de energía, ofreciendo nuevas posibilidades para desarrollar nuevos transistores de portadores calientes.

Los investigadores del IMR desarrollaron un transistor de emisor caliente utilizando una combinación de grafeno y germanio, lo que dio lugar a un mecanismo innovador para la generación de portadores calientes.

Este nuevo transistor está compuesto por dos uniones Schottky de grafeno/germanio acopladas.

Durante el funcionamiento, el germanio inyecta portadores de alta energía en la base de grafeno, que luego se difunden al emisor, lo que desencadena un aumento sustancial de la corriente debido a los portadores precalentados allí.

Este diseño presenta una oscilación por debajo del umbral de menos de 1 mV/dec que supera el límite convencional de Boltzmann de 60 mV/dec.

Al mismo tiempo, este transistor también muestra una relación de corriente pico-valle superior a 100 a temperatura ambiente.

El potencial para la computación lógica multivalor se ha demostrado aún más basándose en estas características.

“Este trabajo abre un nuevo campo en la investigación de transistores, añadiendo un miembro valioso a la familia de transistores de portadores calientes y mostrando amplias perspectivas para su aplicación en futuros dispositivos multifuncionales de alto rendimiento y bajo consumo“, dijo Liu.

Fuente: Nature