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光谱投影颜色感知器件与围栅多桥沟道晶体管技术

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光谱投影颜色感知器件与围栅多桥沟道晶体管技术

  1. 1.  一种基于光谱投影的颜色感知器件

光信号是宇宙空间中最重要的信息载体之一,人们对能探测光信号的器件(即光探测器)的研究由来已久。光探测器的应用涉及到国防军事、工业生产及日常生活的方方面面。随着后摩尔时代的来临,万物互联的趋势对光探测器件提出了更高的性能及功能上的要求。然而,受限于其工作原理,现有的光探测器仅仅只能探测光信号的光强(光功率密度),而不能获得光信号的颜色或光谱信息。

  针对上述问题,课题组以带隙递变的钙钛矿薄膜作为光敏导电通道,开发出了一种能直接探测光信号的光谱/颜色信息的新型元器件。相关工作以”Spectrum projection with a bandgap-gradient perovskite cell for color perception”为题在线发表在Light: Science & Applications。该杂志是Nature出版集团下属期刊,最新影响因子约14。

  这种颜色感知器件包括两个输出电流信号,其中一个电流信号仅与光通量有关,另一个基于带隙递变半导体的输出电流,与光信号的平均光子能量,及光通量均成线性关系。结合这两个输出信号,器件可探测任意光信号的平均光子能量,从而实现颜色感知(图1)。基于带隙递变钙钛矿薄膜的器件所探测的光谱平均波长与商用光谱仪所测量的结果相一致(图2)。该器件实现了对光信号的强度与颜色变化的实时在线探测,可以在柔性基底上进行加工,并表现出良好的机械柔性。此外,本文还展示了器件在化学/生物传感器中的应用(图3)。

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41377-020-00400-w

 光谱投影颜色感知器件与围栅多桥沟道晶体管技术

 

 图1. 柔性带隙递变钙钛矿器件的荧光照片及其对光谱/颜色进行感知的示意图

 光谱投影颜色感知器件与围栅多桥沟道晶体管技术

 

 图2. 带隙递变钙钛矿器件与商用光谱仪对光谱/颜色的探测/测量结果相一致

 光谱投影颜色感知器件与围栅多桥沟道晶体管技术

 

 图3. 基于带隙递变钙钛矿器件的化学/生物传感器结构示意图,及其对溶液pH值的探测功能展示

2.  实现围栅多桥沟道晶体管技术

针对具有重大需求的3-5纳米节点晶体管技术,验证了双层沟道厚度分别为0.6 /1.2纳米的围栅多桥沟道晶体管(GAA,Gate All Around),实现了高驱动电流和低泄漏电流的融合统一,为高性能低功耗电子器件的发展,提供了新的技术途径。

相关成果以《0.6/1.2纳米沟道厚度的高驱动低泄漏电流多桥沟道晶体管》(High Drive and Low Leakage Current MBC FET with Channel Thickness 1.2nm/0.6nm)为题在第66届国际电子器件大会(IEDM,International Electron Device Meeting)上北京时间12月16日在线发布。IEDM是微电子器件领域的国际顶级会议,国际学术界和顶尖半导体公司的研发人员,发布先进技术和最新进展的重要窗口。

 光谱投影颜色感知器件与围栅多桥沟道晶体管技术

 

 双桥沟道晶体管示意图及其性能图

研究背景

图片

随着集成电路制造工艺进入到5纳米技术节点以下,传统晶体管微缩提升性能难以为继,技术面临重大革新。采用多沟道堆叠和全面栅环绕的新型多桥沟道晶体管乘势而起,利用GAA结构实现了更好的栅控能力和漏电控制,被视为3-5纳米节点晶体管的主要候选技术。现有工艺已实现了7层硅纳米片的GAA多桥沟道晶体管,大幅提高驱动电流,然而随着堆叠沟道数量的增加,漏电流也随之增加,导致的功耗不可忽视。

针对上述问题,设计并制备出了超薄围栅双桥沟道晶体管,利用二维半导体材料优秀的迁移率,围栅增强作用的特点,驱动电流与普通MoS2晶体管,相比提升超过400%,室温下可达到理想的亚阈值摆幅(60mV/dec)。由于出色的静电调控与较大的禁带宽度,可有效降低漏电流。该器件驱动电流与7叠层硅GAA晶体管可相比拟,漏电流却只有硅器件的1.9%,降低了两个数量级,在未来高性能低功耗晶体管技术应用领域,具有广阔的应用前景。

 

参考链接:

https://sme.fudan.edu.cn/c1/77/c29431a311671/page.htm

https://mp.weixin.qq.com/s/wXOx5s0HkDUG3n_pz4yusw

 

 

 


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