中科院纳米技术与能源研究所： 突破常规尺寸的晶体管

中科院纳米技术与能源研究所： 突破常规尺寸的晶体管

中科院纳米技术与能源研究所： 突破常规尺寸的晶体管




归功于电子工业的飞速发展，各种处理器芯片尺寸越来越小、功能越来越强、功耗越来越低，目前三星、台积电等公司已经开始布局7纳米工艺芯片。但是，由于短沟道效应、漏电场、电介质的击穿等问题的限制，低于5纳米的硅晶体管还是很难制备成功。为了突破5纳米限制，科学家们探索研究了基于碳纳米管、半导体纳米线、二维过渡金属化合物等材料的场效应晶体管，但是这些器件的工作仍然需要依赖外部栅极电压的调控。如果这种情况不能继续下去，这可能意味着摩尔定律的终结，那么科学家们有什么新的解决方案呢？

中科院外籍院士、中科院北京纳米能源与系统研究所所长、佐治亚理工学院终身讲席教授王中林，在2006年首次发现了利用氧化锌纳米线受应力时产生的压电电势来调控场效应晶体管的载流子输运特性，这种晶体管即后来所说的压电电子学晶体管。王教授也因此首次提出了压电电子学的概念，为压电电子学领域的研究拉开了序幕，并为该领域奠定了坚实的理论基础。

于是，科学家们将目光投向了这种新型器件——压电电子学晶体管。压电电子学晶体管是一种利用完全不同于传统 CMOS 器件工作原理的新型器件。这种器件利用金属-压电半导体界面处产生的压电极化电荷（即压电电势），作为栅极电压来调控晶体管中载流子的输运特性，目前已经在具有纤锌矿结构的压电半导体材料中得到了广泛证实。这种二端结构的晶体管，不但创新地利用界面调控替代了传统的外部沟道调控，而且还很有可能打破沟道宽度的限制。

日前，在王中林院士与西安电子科技大学秦勇教授的指导下，中科院北京纳米能源与系统研究所科研人员王龙飞、刘书海等制备了一种新型的超薄氧化锌压电晶体管，首次将压电电子学效应引入到二维超薄非层状压电半导体材料中。

制备过程是这样的：科研人员利用电子书曝光技术在基底材料制备金属电极，然后将超薄氧化锌转移到电极上去，最后顶层制备一层金属电极，形成一种金属/半导体/金属三明治结构的压电晶体管。如下图所示：



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