香港城市大學的研究人員利用混合維晶體管在半導體技術中引入了突破性的方法。這項創新為更有效率、更高性能的電子技術鋪平了道路，克服了傳統降維技術的挑戰，突顯了向先進的多功能積體電路邁進的重大飛躍。

電子元件（包括電晶體）的微型化已經達到了一個瓶頸，為半導體的生產帶來了障礙。然而，由香港城市大學（城大）材料科學專家領導的一組研究人員推出了一種新方法，利用由混合維奈米線和奈米薄片製成的晶體管，製造出多功能、高性能的電子元件。這項突破有助於簡化晶片電路設計，並促進未來靈活而節能的電子設備的發展。

近幾十年來，隨著電晶體和積體電路的不斷擴展，已經開始達到物理和經濟上的極限，以可控和具有成本效益的方式製造半導體裝置已成為一項挑戰。電晶體尺寸的進一步擴大增加了漏電流，從而增加了功率耗散。複雜的佈線網路也會對功耗產生不利影響。

多值邏輯（MVL）已成為克服日益增長的功耗的一項前景廣闊的技術。它超越了傳統二進位邏輯系統的限制，大大減少了電晶體元件及其互連的數量，從而實現了更高的資訊密度和更低的功耗。人們一直致力於建構各種多值邏輯元件，包括反雙極電晶體（AAT）。

反雙極電晶體的突破性進展

反雙極元件是一類正（電洞）負（電子）電荷載子都能在半導體通道內同時傳輸的電晶體。然而，現有的反雙極型裝置主要使用二維或有機材料，這些材料對於大規模半導體裝置整合來說並不穩定。此外，它們的頻率特性和能源效率也很少被探索。

針對這些限制，香港城市大學協理副校長（企業）兼材料科學與工程學系副系主任何頌賢教授領導的研究團隊著手研究開發信息密度更高、互連更少的反雙極器件電路，並探索其頻率特性。

基於GaAsSb/MoS2 異質接面的三元逆變器示意圖

研究團隊採用先進的化學氣相沉積技術製造了一種新型的混合維異質晶體管，它結合了高品質砷化鎵銻奈米線和MoS2奈米片的獨特性能。

革命性的混維晶體管

新型反雙極性電晶體性能卓越。由於混維GaAsSb/MoS2接面具有強烈的界面耦合和帶狀結構排列特性，因此這種異質電晶體具有突出的反雙極傳輸特性，並能實現跨導翻轉。

與CMOS 技術中的傳統頻率倍增器相比，轉導的翻轉使頻率響應輸入的類比電路訊號加倍，從而大大減少了所需裝置的數量。何教授說：”我們的混維反雙極電晶體可以同時實現多值邏輯電路和頻率乘法器，這在反雙極電晶體應用領域尚屬首次。”

香港城市大學教授何頌賢

多值邏輯特性簡化了複雜的佈線網絡，降低了晶片功耗。裝置尺寸的縮小以及結區的縮小使裝置既快速又節能，從而實現了高性能的數位和類比電路。

“何教授說：”我們的研究結果表明，混合維反雙極元件能夠實現具有高資訊儲存密度和資訊處理能力的晶片電路設計。迄今為止，半導體產業的大多數研究人員都專注於裝置的微型化，以維持摩爾定律的發展。但是，反雙極型元件的出現顯示了現有基於二元邏輯的技術的相對優越性。這項研究開發的技術代表著向下一代多功能積體電路和電信技術邁進了一大步。”

這項研究也為進一步簡化複雜的積體電路設計以提高性能提供了可能。

這種混維反雙極性元件的跨導翻轉功能顯示了在數位和類​​比訊號處理中的廣泛應用，包括三元邏輯反相器、先進光電子學和倍頻電路。何教授補充說：”新的裝置結構預示著未來多功能電子技術革命的潛力。”

編譯來源：ScitechDaily