晶體管尺寸的不斷縮小是當今信息技術成功發展的關鍵。然而，隨著摩爾定律因功耗增加而達到極限，迫切需要開發新的替代晶體管設計。

　　隨著晶體管尺寸的進一步微縮，降低開關和待機功耗，就必須克服亞閾值擺幅的熱電子極限，即亞閾值范圍內每十倍電流增加所需的電壓。為了減少MOS 電路的開關和待機功率，降低晶體管的亞閾值擺幅至關重要。

　　然而，由于熱載流子注入的影響，CMOS 晶體管中存在 60 mV/dec 的固有亞閾值擺幅極限。 《國際器件與系統路線圖》預測，將來需采用CMOS以外的新材料新結構來應對晶體管的縮放挑戰。可替代場效應晶體管（Alternative tunnel field-effect transistors，TFET）被認為可以作為 CMOS 晶體管的主要替代物，因為 TFET 的亞閾值擺幅可降低至 60 mV/dec 以下。TFET 的運行通過量子隧穿實現，不會像 CMOS 晶體管一樣因熱注入而限制亞閾值擺幅。

　　特別是，異質結 TFET 在低亞閾值擺幅和高導通電流方面具有重要的應用前景。高導通電流對晶體管的快速運行至關重要，因為低電流條件下將器件充電到開啟狀態需要更長的時間。與理論預期不同的是，由于異質結中的界面問題，先前開發的異質結 TFET 顯示出比 CMOS 晶體管低 100-100000 倍的通態電流(100-100000 倍的運行速度)。界面問題阻礙了低功耗 TFET 替代 CMOS 晶體管。

　　韓國科學技術學院物理系教授 Sungjae Cho 領導的研究小組開發出了一種厚度可控的黑磷隧道場效應晶體管(TFET)，具有天然的異質結隧道場效應晶體管，其黑磷層厚度可隨空間變化而不存在界面問題。該 TFET 在高導通電流下創造了最低的平均亞閾值擺幅，使得 TFET 能夠像傳統的 CMOS 晶體管一樣快速工作，并且具有更低功耗。該 TFET 的開關功耗比傳統互補金屬氧化物半導體(CMOS)晶體管低 10 倍，待機功耗低 10000 倍。研究小組表示，該黑磷隧道場效應晶體管能夠取代傳統 CMOS 晶體管，特別是解決了隧道場效應晶體管運行速度和性能問題，為延續摩爾定律鋪平了道路。

圖 1 兩種制備的黑鱗 NHJ-TFET在| VD |≤0.7V下的黑鱗能帶特性和傳輸曲線

　　該研究成果發表在《Nature Nanotechnology》 ，Publication: 27 January 2020,15：203–206，題目： “Thickness-controlled black phosphorus tunnel field-effect　transistor for low-power switches” 。

　　摘譯自：

　　https://www.nature.com/articles/s41565-019-0623-7　

　　https://www.sohu.com/a/375740709_313834