威廉希尔中文网站平台刘川教授小组在晶体管理论中研究取得新进展

　　2020年5月27日，中山大学威廉希尔中文网站平台刘川教授小组在期刊《Physical Review Applied》发表论文，报道了垂直晶体管理论的新进展，题目是：“Vertical Transistors with Conductive-Network Electrodes: A Physical Image and What It Tells”, 即“基于导电网络的垂直晶体管：一个物理图像及说明”（Phys. Rev. Applied 13, 054066），作者为本校师生刘川教授、陈子豪、黄凯荣、胡素娟、梁孝慈，以及陈军教授。刘川教授是论文的第一作者和通讯作者。

　　晶体管是微电子器件和电路的基本元件。该项研究针对一类垂直型晶体管，其电极是由纳米线、纳米管、或多孔金属等所构成的导电网络，这类晶体管可作为三维集成的基本单元，但是仍缺乏器件基础理论和一般设计原则，尤其是导电沟道的基本原理。该研究揭示了垂直晶体管工作的简明物理图景——其一，导电沟道是两类沟道的竞争结果，可近似为两种更简单器件的并联（图左）；其二，界面电势受电场调控，其行为如同一条被拨动的“弦”（图右）。基于这个图景，进一步推导出了电流电压关系式，从而提供了这类晶体管的设计、制备和分析的一些普适性原则，以及影响其电流密度、亚阈值摆幅等性质的关键因素和调控方法。

　　论文被《物理评论应用》期刊评为“Featured in Physics”并列入“News and commentary”。此外，美国物理学会APS写了一篇专栏介绍短文，题目是“描绘垂直晶体管如何工作”（https://physics.aps.org/articles/v13/s72），部分翻译如下——

　　“垂直晶体管的一个新理论提供了这些先进器件中电压、电流和电势的可视化表示。”

　　“现代电子产品大多是扁平的，芯片表面有数百万个平面硅晶体管。为了寻找性能更好的器件，研究人员目前正在探索诸如垂直晶体管之类的三维结构，这种结构的优点包括低功耗、向基板泄漏的电流更小以及更适合于柔性电子器件。然而，由于缺乏描述这些晶体管如何在电路中工作的简单模型，垂直晶体管的部署受到阻碍。现在，刘川和中国广州中山大学的同事已经发展出一种新的垂直晶体管理论，这种理论可以转化为这些器件的公式和示意图。”

　　“在设计基于传统晶体管的电路时，工程师们依赖于简单的方案，这种方案可以预测器件的行为，而无需考虑支撑其运行的微观机制。这种工具以前不适用于垂直晶体管……刘和他的同事们现在已经填补了这个空白，发展出一种计算装置中静电势分布的理论……利用这一理论，研究小组推导出了电流与晶体管电极电压之间的关系式。……”

　　该工作得到国家自然科学优秀青年基金项目、广东省重点领域研发计划项目以及中山大学光电材料与技术国家重点实验室等的大力支持。 

　　全文链接：　　　https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.13.054066