Forskare har rapporterat en svart fosfortransistor som kan användas som en alternativ ultralåg strömbrytare. Ett forskargrupp ledd av professor Sungjae Cho vid KAIST-avdelningen för fysik utvecklade en tjocklekskontrollerad svart fosfortunnelfält-effekt-transistor (TFET) som visar 10 gånger lägre växelströmförbrukning samt 10, 000 gånger lägre strömförbrukning i standby än konventionella komplementära metalloxid-halvledartransistorer (CMOS).

Forskargruppen sa att de utvecklade snabba och lågeffekttransistorer som kan ersätta konventionella CMOS-transistorer. Särskilt, de löste problem som har försämrat TFET -driftshastighet och prestanda, banar väg för att förlänga Moores lag.

I studien presenterades i Naturnanoteknik förra månaden, Professor Chos team rapporterade en naturlig heterojunction TFET med rumsligt varierande skikttjocklek i svart fosfor utan gränssnittsproblem. De uppnådde rekordlåga genomsnittliga svängningsvärden för undergränser över 4-5 dec nuvarande och rekordhöga, ström i staten, vilket gör att TFET:erna fungerar lika snabbt som konventionella CMOS -transistorer med lika mycket lägre strömförbrukning.

"Vi utvecklade framgångsrikt den första transistorn som uppnådde de grundläggande kriterierna för snabb, lågeffektomkoppling. Våra nyutvecklade TFET kan ersätta CMOS -transistorer genom att lösa ett stort problem när det gäller prestandaförsämring av TFET, "Sade professor Cho.

Den kontinuerliga nedskalningen av transistorer har varit nyckeln till en framgångsrik utveckling av aktuell informationsteknik. Dock, med Moores lag som når sina gränser på grund av den ökade strömförbrukningen, utvecklingen av nya alternativa transistordesigner har framkommit som ett akut behov.

Att minska både omkoppling och standby -strömförbrukning medan ytterligare skalningstransistorer kräver att man övervinner den termjoniska gränsen för subtröskelsvängning, som definieras som den nödvändiga spänningen per tiofaldig strömökning i delgränsregionen. För att minska både omkopplings- och standbyeffekten för CMOS -kretsar, det är avgörande att minska svängningen av transistorerna.

Dock, det finns en grundläggande svänggräns på 60 mV/dec i CMOS -transistorer, som härrör från injektion av termisk bärare. Den internationella färdplanen för enheter och system har redan förutspått att nya enhetsgeometrier med nya material utöver CMOS kommer att krävas för att hantera utmaningar för transistorskalning inom en snar framtid. Särskilt, TFET har föreslagits som ett viktigt alternativ till CMOS -transistorer, eftersom subtröskelsvängningen i TFET kan minskas väsentligt under den termjoniska gränsen på 60 mV/dec. TFET fungerar via kvanttunnel, som inte begränsar svängning av subtrösklar som vid termisk injektion av CMOS -transistorer.

Särskilt, heterojunction TFETs har betydande löfte för att leverera både låg subtröskelsvängning och hög ström i staten. Hög ström är avgörande för att transistorer ska fungera snabbt eftersom laddning av en enhet till på-läge tar längre tid med lägre strömmar. Till skillnad från teoretiska förväntningar, tidigare utvecklade heterojunction TFETs visar 100-100, 000x lägre on-state ström (100-100, 000x lägre driftshastigheter) än CMOS -transistorer på grund av gränssnittsproblem i heterojunction. Denna låga driftshastighet hindrar byte av CMOS-transistorer med TFET med låg effekt.

Professor Cho sa, "Vi har demonstrerat för första gången, som vi förstår det, TFET-optimering för både snabba och ultra-lågeffektoperationer, vilket är viktigt för att ersätta CMOS-transistorer för applikationer med låg effekt. "Han sa att han är mycket glad över att förlänga Moores lag, som så småningom kan påverka nästan alla aspekter av livet och samhället.