Chiffre. A :Image optique et diagramme de bande de l'hétérojonction formée par la variation d'épaisseur du matériau 2D au phosphore noir. B :Schéma du transistor à effet de champ tunnel et de la bande interdite dépendant de l'épaisseur. C :courbe de transfert caractéristique montrant une forte oscillation sous le seuil et un courant d'activation élevé. Crédit : Institut coréen avancé des sciences et de la technologie (KAIST)
Les chercheurs ont signalé un transistor au phosphore noir qui peut être utilisé comme commutateur alternatif à très faible consommation. Une équipe de recherche dirigée par le professeur Sungjae Cho du département de physique de KAIST a développé un transistor à effet de champ tunnel au phosphore noir à épaisseur contrôlée (TFET) qui montre une consommation d'énergie de commutation 10 fois inférieure ainsi que 10, Consommation d'énergie en veille 000 fois inférieure à celle des transistors métal-oxyde-semi-conducteur complémentaires conventionnels (CMOS).
L'équipe de recherche a déclaré avoir développé des transistors rapides et de faible puissance qui peuvent remplacer les transistors CMOS conventionnels. En particulier, ils ont résolu des problèmes qui ont dégradé la vitesse et les performances de fonctionnement du TFET, ouvrant la voie à l'extension de la loi de Moore.
Dans l'étude présentée dans Nature Nanotechnologie le mois dernier, L'équipe du professeur Cho a signalé un TFET à hétérojonction naturelle avec une épaisseur de couche variant dans l'espace dans le phosphore noir sans problèmes d'interface. Ils ont atteint des valeurs d'oscillation sous-seuil moyennes record sur 4 à 5 déc. courant à l'état passant, ce qui permet aux TFET de fonctionner aussi rapidement que les transistors CMOS conventionnels avec une consommation d'énergie beaucoup plus faible.
« Nous avons développé avec succès le premier transistor qui a atteint les critères essentiels de rapidité, commutation à faible puissance. Nos TFET nouvellement développés peuvent remplacer les transistors CMOS en résolvant un problème majeur concernant la dégradation des performances des TFET, " a dit le professeur Cho.
La réduction d'échelle continue des transistors a été la clé du développement réussi des technologies de l'information actuelles. Cependant, avec la loi de Moore atteignant ses limites en raison de l'augmentation de la consommation d'énergie, le développement de nouvelles conceptions alternatives de transistors est devenu un besoin urgent.
Réduire à la fois la consommation d'énergie de commutation et de veille tout en augmentant la mise à l'échelle des transistors nécessite de surmonter la limite thermoionique de l'oscillation sous le seuil, qui est définie comme la tension requise pour une augmentation de courant de dix fois dans la région sous le seuil. Afin de réduire à la fois la puissance de commutation et de veille des circuits CMOS, il est essentiel de réduire l'oscillation sous le seuil des transistors.
Cependant, il existe une limite fondamentale d'oscillation sous le seuil de 60 mV/déc dans les transistors CMOS, qui provient de l'injection de porteurs thermiques. La feuille de route internationale pour les dispositifs et les systèmes a déjà prédit que de nouvelles géométries de dispositifs avec de nouveaux matériaux au-delà du CMOS seront nécessaires pour relever les défis de la mise à l'échelle des transistors dans un avenir proche. En particulier, Les TFET ont été suggérés comme une alternative majeure aux transistors CMOS, puisque l'oscillation sous le seuil dans les TFET peut être considérablement réduite en dessous de la limite thermoionique de 60 mV/déc. Les TFET fonctionnent via un tunnel quantique, ce qui ne limite pas l'oscillation sous le seuil comme dans l'injection thermique des transistors CMOS.
En particulier, Les TFET à hétérojonction sont très prometteurs pour fournir à la fois une faible oscillation sous le seuil et un courant à l'état passant élevé. Un courant passant élevé est essentiel pour le fonctionnement rapide des transistors, car la charge d'un appareil à l'état passant prend plus de temps avec des courants plus faibles. Contrairement aux attentes théoriques, les TFET à hétérojonction précédemment développés montrent 100-100, Courant à l'état passant 000x inférieur (100-100, vitesses de fonctionnement 000x plus lentes) que les transistors CMOS en raison de problèmes d'interface dans l'hétérojonction. Cette faible vitesse de fonctionnement empêche le remplacement des transistors CMOS par des TFET de faible puissance.
Le professeur Cho a dit, « Nous avons démontré pour la première fois, au meilleur de notre connaissance, Optimisation du TFET pour les opérations rapides et ultra-faible consommation, ce qui est essentiel pour remplacer les transistors CMOS pour les applications à faible consommation. » Il s'est dit très heureux d'étendre la loi de Moore, qui peut éventuellement affecter presque tous les aspects de la vie et de la société.
