重大突破！我国科学家发明新型 “热发射极” 晶体管，为集成电路带来新变革

中国科学院金属研究所用石墨烯等材料发明 “受激发射” 热载流子生成机制，构建 “热发射极” 晶体管。8 月 15 日成果在国际学术期刊《自然》发表。为热载流子晶体管家族添新成员，有望用于设计集成度更高、功能更丰富集成电路，推动其在未来低功耗、多功能集成电路中广泛应用。晶体管是集成电路基本单元，可调控载流子形成电流大小。提升载流子能量成热载流子，有效操控可提升晶体管速度和功能。

一、晶体管的基本作用

晶体管是集成电路的基本单元，就如同水龙头的阀门可以调节水流大小一样，晶体管能够调控由电子或空穴等载流子形成电流的大小。在集成电路中，晶体管起着至关重要的作用。它可以根据不同的输入信号，精确地控制电流的通断和大小，从而实现各种逻辑运算和信号处理功能。例如，在计算机芯片中，大量的晶体管组成了复杂的电路系统，实现了高速的数据处理和运算。晶体管的性能直接影响着集成电路的性能和功能。不同类型的晶体管具有不同的特点和应用场景，但其基本的作用都是控制电流。

二、热载流子的概念及意义

在通常情况下，载流子与周围环境处于热平衡状态，称为 “稳态”。但通过电场加速等方法，可以提升载流子的能量，使其成为 “热载流子”。热载流子具有较高的能量，能够在半导体材料中更快地移动，从而提高晶体管的速度和性能。如果能够有效操控这种高能的热载流子，并提高其浓度，将有望进一步提升晶体管的速度和功能。例如，在高速电子器件中，热载流子的存在可以减少信号传输的延迟，提高电路的响应速度。此外，热载流子还可以用于实现一些特殊的功能，如负电阻效应等。

三、我国科学家的发明成果

中国科学院金属研究所通过使用石墨烯等材料，发明了一种 “受激发射” 新型热载流子生成机制，并构建了 “热发射极” 晶体管。这种新型晶体管得到了一种既可以降低功耗又具有 “负电阻” 功能的晶体管。

石墨烯是一种具有优异性能的材料，其高导电性和高载流子迁移率使其成为构建高性能晶体管的理想材料之一。通过利用石墨烯等材料的特性，科学家们成功地实现了新型热载流子生成机制，并构建了具有独特性能的 “热发射极” 晶体管。这一成果为热载流子晶体管家族增添了新成员，有望用于设计集成度更高、功能更丰富的集成电路。

四、成果的发表及应用前景

研究成果 8 月 15 日在国际学术期刊《自然》上发表。这一成果的发表标志着我国在晶体管领域的研究取得了重要突破。该工作开辟了晶体管器件研究的新领域，为热载流子晶体管家族增添了新成员，并有望推动其在未来低功耗、多功能集成电路中广泛应用。随着科技的不断发展，对集成电路的性能和功能要求越来越高。低功耗、多功能的集成电路是未来电子技术发展的趋势。这种新型晶体管的出现，为实现这一目标提供了新的途径和可能性。它可以在不增加功耗的情况下提高集成电路的性能和功能，具有广阔的应用前景。