开创可重构晶体管的新纪元

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在当今信息时代，随着电子设备的需求不断增长，标准晶体管的尺寸接近极限，而可重构晶体管作为一种具有灵活性和可编程性的新型器件，引起了广泛关注。能够改变特性的晶体管是未来半导体发展的要素。

瑞典隆德大学的研究人员已经展示了如何创造新的可重构晶体管，并在一个新的、更精确的水平上施加控制。鉴于对更好、更强大和更高效的电路的需求不断增长，人们对可重构晶体管产生了极大的兴趣。其优点是，与标准半导体相比，可以在晶体管制造完成后改变其特性。从历史上看，计算机的计算能力和效率是通过缩小硅晶体管的尺寸来提高的（也被称为摩尔定律）。但现在沿着这些路线继续发展的成本已经变得更高，而且出现了量子力学问题，减缓了发展。相反，人们正在寻找新材料、元件和电路。隆德大学在 III-V 材料（硅的替代品）领域处于世界领先地位。这些材料在高频技术（例如未来 6G和 7G 网络部件）、光学应用和日益节能的电子元件的开发方面具有巨大潜力。

铁 TFET中的可重构 NTC。a、b ( a ) TFET 生长纳米线异质结构和 ( b ) 铁 TFET 后栅极长度定义的 SEM，显示栅极/源极重叠。c最终铁 TFET 器件示意图和相应的电气测量设置方案。V G，施加的栅极电压；V DS，源漏偏压；I D，漏极电流。d通过几何栅极/源极重叠实现 NTC 传输特性。e( d中定义的不同V G处的示意性能带图），证明进一步增加 VG时禁止 BTBT 。E C，导带能量；E V，价带能量；E F,s，源的费米能级。f纳米线沟道区域的横截面示意图，其中铁电栅极氧化物的极化可用于通过在栅极处分别施加 +4 V 或 –4 V 电压脉冲250 ns 来重新配置 TFET。g具有两种不同极化的铁 TFET 的传输特性。V峰值（定义为I D峰值处的VG）在这两种情况下，当增加V DS时， I-V曲线都显示出正向偏移。在这里，我们将两种偏振态分别定义为低V峰值和高V峰值状态，如插图所示。h V峰值作为V DS的函数。Δ Vpeak定义为两个峰值电压之间的差值，并随着V DS 的增加而增加。图片来源：《自然通讯》（2023）。DOI：10.1038/s41467-023-38242-w使用了铁电材料的III-V 材料，当暴露在电场中时可以改变其内部极化。它可以与普通磁铁进行比较，但它不是磁北极和磁南极，而是在材料的每一侧形成有正电荷和负电荷的电极。通过改变极化，可以控制晶体管。另一个优点是，即使电流关闭，材料也会“记住”其极化。通过新的材料组合，研究人员创造了铁电“晶粒”，可以控制晶体管中的隧道结（一种电桥效应）。这是一个极小的尺度——颗粒大小为 10 纳米。通过测量电压或电流的波动，可以识别单个晶粒的极化何时发生变化，从而了解这如何影响晶体管的行为。这项新发表在《自然通讯与科学进展》上的研究研究了具有隧道势垒的晶体管形式的新型铁电存储器，以创建新的电路架构。新结果的特别之处在于，可以使用直接位于结点附近的铁电晶粒来创建隧道结。这些纳米颗粒可以在个体水平上进行控制，而以前只能跟踪整个颗粒组（称为整体）。通过这种方式，可以识别和控制材料的各个部分。研究人员还研究了如何利用这些知识通过以各种方式操纵通过晶体管的信号来创建不同的可重构应用。例如，它可以用于新的存储单元或更节能的晶体管。这种新型晶体管称为铁 TFET，可用于数字和模拟电路。这些晶体管的另一个优点是它们可以在低电压下工作。这使得它们具有高能效，这是未来无线通信、物联网和量子计算机所需要的。

通过不断的研究和创新，我们可以为可重构晶体管的发展开辟新的道路。这将为电子设备带来更高的灵活性、可编程性和性能提升，推动科技进步与社会发展。让我们共同努力，开创可重构晶体管的新纪元！

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