发表狄拉克源晶体管研究成果,专题读书会

来源:http://www.027kmyj.com 作者:信息科学 人气:53 发布时间:2019-10-20
摘要:集成电路的发展趋势已由追求性能和集成度提升为主转变成以降低功耗为主,而降低功耗的最有效方法即降低工作电压。目前,互补金属氧化物半导体集成电路的工作电压降低至0.7V,而

集成电路的发展趋势已由追求性能和集成度提升为主转变成以降低功耗为主,而降低功耗的最有效方法即降低工作电压。目前,互补金属氧化物半导体集成电路的工作电压降低至0.7 V,而 MOS晶体管中亚阈值摆幅的热激发限制导致集成电路的工作电压无法缩减到0.64 V以下。现有能实现SS<60 mV/DEC的晶体管主要有隧穿场效应晶体管和负电容场效应晶体管两类,它们有着速度低或稳定性差、不宜集成等重要缺陷,缺乏实用价值。而用于未来集成电路的超低功耗晶体管不仅需要实现SS<60 mV/DEC,保证开态电流足够大,还要求性能稳定,制备简单。

2019年1月29日,创新政策研究室党支部召开“ZHENGJU工程——《国家创新体系》专题读书会”,所党总支委员、副所长李万同志出席会议,政策室支部书记常静同志主持会议。 会上,常静同志首先带领大家回顾了党史上的今天,解读了1963年周恩来总理在上海科学技术工作会议上的讲话。接着由金樑同志、仇寻同志领学《国家创新体系概论》及相关改革文件,并结合当前的研究工作进行了深入研讨。 李万同志指出,本次读书会活动形式新颖,支部同志特别是年轻同志,在今后的研究工作中,应加强从经济学角度分析问题的能力,培养系统化思维,增强深入思考和思辨能力,更好地做好决策支撑工作。李万同志在讲话中,还勉励大家齐心协力,在新的一年,将支部品牌“ZHENGJU工程”做实做优。

为了备战第十三届五一数学建模联赛,解答大一大二学生初次参加建模比赛的困惑,4月22日晚上7:00,资源学院团委创新创业部、大学生学术科研中心、资源学院研究生会联合在南湖校区教三A202举办五一数学建模经验交流会,我院地图学与地理信息系统专业研三学生徐云靖、地球物理与探勘专业大四学生许颢砾作为主讲嘉宾,研究生会学术部部长孟瑶瑶、大学生学术科研中心副主席汤政、团委创新创业部部长秦朕作为会议嘉宾出席活动。

北京大学电子学系物理电子学研究所、纳米器件物理与化学教育部重点实验室张志勇教授、彭练矛教授课题组重新审视了MOS晶体管亚阈值摆幅的物理极限,提出一种新型超低功耗的场效应晶体管,并采用具有特定掺杂的石墨烯作为一个“冷”电子源,用半导体碳纳米管作为有源沟道,以高效率的顶栅结构构建出狄拉克源场效应晶体管,在实验上实现室温下40 mV/DEC左右的亚阈值摆幅。变温测量结果显示,DS-FET的亚阈值摆幅与温度呈明显线性关系;这表明晶体管的载流子输运是传统热发射,而不是隧穿机制。DS-FET具有优秀的可缩减性,当器件沟道长度缩至15 nm时,仍可稳定地实现亚60 mV/DEC的亚阈值摆幅。

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交流会上,徐云靖作为研究生代表率先发言,给大家讲述了自己如何备战数学建模的经历,也分享了自己数次参加数学建模的经验及需要注意的地方。许颢砾作为本科生代表,随后用PPT的形式,给大家具体阐述了数学建模比赛的流程,以及如何组队分工、如何查找资料、编写程序和如何完成论文等大家关心的细节性问题。交流会上,同学们也表现出很大的热情和兴趣,就自己团队目前团队的备战情况,积极向二位嘉宾提问。他们也都做了相应的解答。交流结束后,许颢砾同学还分享了一些关于数学建模的资料,供大家下载使用。

最为重要的是,DS-FET具有与金属-氧化物半导体场效应晶体管相比拟的驱动电流,远高于隧穿晶体管,且其SS<60 mV/DEC所跨的电流范围更大。作为亚60 mV/DEC开态和关态特性综合指标的关键参数,I60=40 μA/μm,是已发表的最佳隧穿晶体管的2000倍,完全达到了国际半导体发展路线图对亚60 mV/DEC器件实用化的标准。典型狄拉克源晶体管在0.5 V工作电压下的开态和关态电流均与英特尔公司14 nm技术节点CMOS器件相当;这表明狄拉克源晶体管能够满足未来超低功耗集成电路的需要。而且,这种狄拉克源的器件结构不依赖半导体材料,有望用于传统CMOS晶体管和二维材料的场效应晶体管,具有普适性。

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“五一数学建模联赛”是由中国矿业大学、江苏省工业与应用数学学会、徐州市工业与应用数学学会联合主办的一项面对大学生针对实际问题进行数学建模的竞赛,至今已举办十二届,历届赛事累计参赛学生超过四万人次,参赛学生来自国内外数百所知名高校。第十三届五一数学建模联赛将于2016年4月30日-5月3日在中国矿业大学举办,该项赛事现已纳入“赢在徐州——中国徐州创新创业大赛”分项赛事。预祝学院参赛选手在本届赛事中取得佳绩!

2018年6月14日,上述工作以《作为高能效和高性能电子开关的狄拉克源场效应晶体管》为题,在线发表于《科学》。第一作者为北京大学信息科学技术学院“博雅”博士后项目入选者邱晨光博士,张志勇教授和彭练矛教授为共同通讯作者;香港大学物理系刘飞博士和麦吉尔大学物理系郭鸿教授提供了理论仿真支持,北京大学化学与分子工程学院彭海琳教授课题组提供了部分石墨烯材料。狄拉克源晶体管的发明突破了晶体管室温亚阈值摆幅的热发射理论极限,提供了一种能够实现室温下亚60 mV/DEC的新原理结构;与此同时,还能保持传统MOS晶体管的高性能,有望将集成电路的工作电压降低到0.5 V及以下,为3 nm以后技术节点的集成电路技术提供解决方案。

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