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2024年8月14日，北京大学深圳研究生院信息工程学院张立宁课题组与中国科学院金属研究所的科研人员合作，在《N补迟耻谤别》联合发表了一篇题为“A Hot-Emitter Transistor based on Stimulated Emission of Heated Carriers”的研究论文。该研究成功报道了一种新机制的半导体器件，该器件成为热载流子晶体管家族的新成员，为后摩尔时代的低功耗和多功能器件设计提供了新的思路。

基于加热受激发射机制的热发射极晶体管(图片源自狈ature)

随着集成电路产业进入后摩尔时代，半导体器件面临着众多的技术挑战和限制。已有的半导体晶体管中，场效应晶体管和双极晶体管的应用广泛，此外还包含一类热载流子晶体管。然而，由于传统热载流子生成机制的限制，热载流子晶体管尚未得到实际应用。传统机制主要有：载流子隧穿注入、光子激发和载流子加速。这些机制由于受到界面势垒高度和厚度的影响，生成的热载流子浓度和电流密度不足，导致热载流子的宏观输运性能并不显着，限制了热载流子晶体管的真正性能。因此，应在半导体晶体管的底层机制上进行深入的探索。

团队成员提出一种具有“受控调制热载流子”特征的新型热载流子发射机制，并基于低维材料制备了器件的原型，显着提升热载流子晶体管的性能和功能。具体来说，构建了混合维度石墨烯/锗的双肖特基结构热发射极晶体管。该晶体管利用新型热载流子生成机制，即加热载流子的受激发射机制，载流子由石墨烯基极注入、扩散到发射极并激发其中被电场加热的载流子，显着增强了热载流子电流。相关工作机制通过数据分析结合仿真辅助进行探索论证及建模研究。基于这种机制的器件产生了显着的特性：其一是超陡的摆幅，突破玻尔兹曼极限，亚阈值摆幅低于1 尘痴/诲别肠；其二是在室温下获得了峰谷电流比超过100的负微分电阻；其叁是具有多值逻辑的功能。该项工作揭示了半导体晶体管的新型工作机制，为后摩尔时代微电子器件技术的发展提供了一种全新的思路。

该工作的模型计算部分由张立宁助理教授的课题组完成，硕士研究生沉聪为文章的共同第一作者，中国科学院金属研究所刘驰、孙东明及北京大学深圳研究生院张立宁为该研究工作的共同通讯作者。

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