Исследовательская группа заявила, что они разработали быстрые и маломощные транзисторы, которые могут заменить обычные транзисторы CMOS. В частности, они решили проблемы, которые ухудшили скорость работы и производительность TFET, открыв путь к расширению закона Мура.
В исследовании, опубликованном в Nature Nanotechnology в прошлом месяце, команда профессора Чо сообщила о естественном гетеропереходе TFET с пространственно изменяющейся толщиной слоя в черном фосфоре без проблем с интерфейсом.
Они достигли рекордно низких средних значений подпорогового размаха по току 4-5 децибел и рекордно высокого тока в открытом состоянии, что позволяет транзисторам TFET работать так же быстро, как обычные КМОП-транзисторы, при гораздо меньшем энергопотреблении.
«Мы успешно разработали первый транзистор, который соответствовал основным критериям быстрого переключения с низким энергопотреблением. Наши недавно разработанные TFET могут заменить КМОП-транзисторы, решив серьезную проблему, связанную с ухудшением производительности TFET, – сказал профессор Чо.
Постоянное уменьшение размеров транзисторов было ключом к успешному развитию современных информационных технологий. Однако, когда закон Мура достиг своих пределов из-за повышенного энергопотребления, возникла острая необходимость в разработке новых альтернативных конструкций транзисторов.
Снижение энергопотребления как при переключении, так и в режиме ожидания при дальнейшем масштабировании транзисторов требует преодоления термоэмиссионного предела подпорогового размаха, который определяется как требуемое напряжение на десятикратное увеличение тока в подпороговой области. Чтобы уменьшить коммутационную и резервную мощность КМОП-схем, очень важно уменьшить подпороговое колебание транзисторов.
Однако в КМОП-транзисторах существует фундаментальный подпороговый предел размаха 60 мВ / дек, который возникает из-за инжекции теплоносителя. Международная дорожная карта для устройств и систем уже предсказала, что для решения проблем масштабирования транзисторов в ближайшем будущем потребуются новые геометрии устройств с новыми материалами помимо CMOS. В частности, TFET были предложены в качестве основной альтернативы CMOS-транзисторам, поскольку подпороговые колебания в TFET могут быть существенно уменьшены ниже термоэмиссионного предела 60 мВ / дек.
TFET работают через квантовое туннелирование, которое не ограничивает подпороговые колебания, как при тепловой инжекции КМОП-транзисторов.
В частности, TFET с гетеропереходом имеют большие перспективы для обеспечения как низкого подпорогового размаха, так и высокого тока в открытом состоянии.
Высокий ток во включенном состоянии необходим для быстрой работы транзисторов, поскольку зарядка устройства до включенного состояния занимает больше времени с меньшими токами. В отличие от теоретических ожиданий, ранее разработанные TFET с гетеропереходом показывают в 100-100 000 раз меньший ток в открытом состоянии (в 100-100 000 раз меньшие рабочие скорости), чем КМОП-транзисторы, из-за проблем интерфейса в гетеропереходе.
Такая низкая скорость работы затрудняет замену КМОП-транзисторов маломощными транзисторами TFET.
Профессор Чо сказал: «Насколько нам известно, мы впервые продемонстрировали оптимизацию TFET как для быстрых, так и для сверхмалопотребляющих операций, что необходимо для замены транзисторов CMOS для приложений с низким энергопотреблением."Он сказал, что очень рад расширить закон Мура, который в конечном итоге может затронуть почти все аспекты жизни и общества.
Это исследование было поддержано Национальным исследовательским фондом Кореи.