研究發(fā)現(xiàn)六方氮化硼并不適合用作微型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的絕緣體

漏電流小影響大



晶體管只能比作水龍頭而不是水流，電流是開(kāi)和關(guān)的。與水龍頭一樣，對(duì)晶體管來(lái)說(shuō)，閥門(mén)本身沒(méi)有泄漏是非常重要的。



這正是柵極絕緣體在晶體管中所起的作用：它將控制電極與半導(dǎo)體通道本身隔離開(kāi)來(lái)，通過(guò)控制電極可以打開(kāi)和關(guān)閉電流，然后電流通過(guò)半導(dǎo)體通道流動(dòng)。一個(gè)現(xiàn)代微處理器包含大約500億個(gè)晶體管，所以即使是門(mén)極上的一點(diǎn)電流損耗也可以發(fā)揮巨大的作用，因?yàn)樗@著地增加了總能耗。



在這項(xiàng)研究中，研究小組通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算研究了流過(guò)薄hBN層的泄漏電流。他們發(fā)現(xiàn)，使hBN成為合適襯底的一些特性也顯著增加了通過(guò)hBN的漏電流。氮化硼的介電常數(shù)很小，這意味著這種材料與電場(chǎng)的相互作用很弱。因此，微型晶體管中使用的hBN層必須只有幾個(gè)原子層厚，這樣?xùn)艠O的電場(chǎng)才能充分控制溝道。然而，與此同時(shí)，在這種情況下，泄漏電流變得過(guò)大，因?yàn)楫?dāng)減小層厚度時(shí)，泄漏電流呈指數(shù)增長(zhǎng)。



尋找絕緣體



“我們的結(jié)果表明，hBN不適合作為基于2D材料的小型晶體管的柵絕緣體。”Tibor Grasser說(shuō)這一發(fā)現(xiàn)對(duì)今后的研究具有重要的指導(dǎo)意義，但它只是為最小的晶體管尋找合適絕緣體的開(kāi)始。目前，沒(méi)有任何已知的材料體系能夠滿足所有要求，但找到合適的材料體系只是時(shí)間和資源問(wèn)題。



特雷西亞·諾布洛赫?qǐng)?jiān)信：“這個(gè)問(wèn)題很復(fù)雜，但這使得許多科學(xué)家致力于尋找解決方案變得更加重要，因?yàn)槲覀兊纳鐣?huì)在未來(lái)將需要小型、快速、最重要的是節(jié)能的計(jì)算機(jī)芯片?！?br />