研究发现六方氮化硼并不适合用作微型场效应晶体管的绝缘体

漏电流小影响大



晶体管只能比作水龙头而不是水流，电流是开和关的。与水龙头一样，对晶体管来说，阀门本身没有泄漏是非常重要的。



这正是栅极绝缘体在晶体管中所起的作用：它将控制电极与半导体通道本身隔离开来，通过控制电极可以打开和关闭电流，然后电流通过半导体通道流动。一个现代微处理器包含大约500亿个晶体管，所以即使是门极上的一点电流损耗也可以发挥巨大的作用，因为它显著地增加了总能耗。



在这项研究中，研究小组通过实验和理论计算研究了流过薄hBN层的泄漏电流。他们发现，使hBN成为合适衬底的一些特性也显著增加了通过hBN的漏电流。氮化硼的介电常数很小，这意味着这种材料与电场的相互作用很弱。因此，微型晶体管中使用的hBN层必须只有几个原子层厚，这样栅极的电场才能充分控制沟道。然而，与此同时，在这种情况下，泄漏电流变得过大，因为当减小层厚度时，泄漏电流呈指数增长。



寻找绝缘体



“我们的结果表明，hBN不适合作为基于2D材料的小型晶体管的栅绝缘体。”Tibor Grasser说这一发现对今后的研究具有重要的指导意义，但它只是为最小的晶体管寻找合适绝缘体的开始。目前，没有任何已知的材料体系能够满足所有要求，但找到合适的材料体系只是时间和资源问题。



特雷西亚·诺布洛赫坚信：“这个问题很复杂，但这使得许多科学家致力于寻找解决方案变得更加重要，因为我们的社会在未来将需要小型、快速、最重要的是节能的计算机芯片。”