Un equipo de investigación del Instituto de Investigación de Metales (IMR) de la Academia China de Ciencias (CAS) ha propuesto un nuevo mecanismo de generación de portadores calientes llamado emisión estimulada de portadores calentados (SEHC). Este dispositivo permitirá desarrollar futuros dispositivos multifuncionales de alto rendimiento y bajo consumo.
Los transistores, los componentes básicos de los circuitos integrados, se enfrentan a desafíos cada vez mayores a medida que su tamaño disminuye. El desarrollo de transistores que utilicen principios operativos novedosos se ha vuelto crucial para mejorar el rendimiento de los circuitos. Los transistores de portadores calientes, que utilizan el exceso de energía cinética de los portadores, tienen el potencial de mejorar la velocidad y la funcionalidad de los transistores. Sin embargo, su rendimiento se ha visto limitado por la forma en que tradicionalmente se han generado los portadores calientes.
En base a esto, los investigadores han creado el mecanismo de emisión estimulada de portadores calentados (SEHC), así como un innovador transistor de emisor caliente (HOET), que logra una oscilación de subumbral ultrabaja de menos de 1 mV/dec y una relación de corriente pico-valle superior a 100.
El trabajo de investigación ha proporcionado un prototipo de un dispositivo multifuncional de bajo consumo para la era posterior a Moore.
Combinación de materiales para crear el transistor de emisor caliente
Los materiales de baja dimensión como el grafeno, debido a su espesor atómico, sus excelentes propiedades eléctricas y ópticas y su superficie sin defectos, pueden formar fácilmente heteroestructuras con otros materiales. Esto crea una variedad de combinaciones de bandas de energía, lo que ofrece nuevas posibilidades para el desarrollo de nuevos transistores de portadores calientes.
Los investigadores del IMR desarrollaron un transistor de emisor caliente utilizando una combinación de grafeno y germanio, lo que dio lugar a un mecanismo innovador para la generación de portadores calientes. Este nuevo transistor está compuesto por dos uniones Schottky acopladas de grafeno y germanio.
Durante el funcionamiento, el germanio inyecta portadores de alta energía en la base de grafeno, que luego se difunden hacia el emisor, lo que desencadena un aumento sustancial de la corriente debido a los portadores precalentados allí. La oscilación subumbral de este diseño de menos de 1 mV/dec supera el límite de Boltzmann convencional de 60 mV/dec.
Además, este transistor también muestra una relación de corriente pico-valle superior a 100 a temperatura ambiente. El potencial para la computación lógica multivalor se ha demostrado aún más basándose en estas características.
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