光譜投影顏色感知器件與圍柵多橋溝道晶體管技術

1. 一種基于光譜投影的顏色感知器件
   光信號是宇宙空間中最重要的信息載體之一，人們對能探測光信號的器件（即光探測器）的研究由來已久。光探測器的應用涉及到國防軍事、工業生產及日常生活的方方面面。隨著后摩爾時代的來臨，萬物互聯的趨勢對光探測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，現有的光探測器僅僅只能探測光信號的光強（光功率密度），而不能獲得光信號的顏色或光譜信息。
   　　針對上述問題，課題組以帶隙遞變的鈣鈦礦薄膜作為光敏導電通道，開發出了一種能直接探測光信號的光譜/顏色信息的新型元器件。相關工作以”Spectrum projection with a bandgap-gradient perovskite cell for color perception”為題在線發表在Light: Science & Applications。該雜志是Nature出版集團下屬期刊，最新影響因子約14。
   　　這種顏色感知器件包括兩個輸出電流信號，其中一個電流信號僅與光通量有關，另一個基于帶隙遞變半導體的輸出電流，與光信號的平均光子能量，及光通量均成線性關系。結合這兩個輸出信號，器件可探測任意光信號的平均光子能量，從而實現顏色感知（圖1）。基于帶隙遞變鈣鈦礦薄膜的器件所探測的光譜平均波長與商用光譜儀所測量的結果相一致（圖2）。該器件實現了對光信號的強度與顏色變化的實時在線探測，可以在柔性基底上進行加工，并表現出良好的機械柔性。此外，本文還展示了器件在化學/生物傳感器中的應用（圖3）。
   原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41377-020-00400-w
   

圖1. 柔性帶隙遞變鈣鈦礦器件的熒光照片及其對光譜/顏色進行感知的示意圖

圖2. 帶隙遞變鈣鈦礦器件與商用光譜儀對光譜/顏色的探測/測量結果相一致

圖3. 基于帶隙遞變鈣鈦礦器件的化學/生物傳感器結構示意圖，及其對溶液pH值的探測功能展示
2. 實現圍柵多橋溝道晶體管技術
針對具有重大需求的3-5納米節點晶體管技術，驗證了雙層溝道厚度分別為0.6 /1.2納米的圍柵多橋溝道晶體管（GAA，Gate All Around），實現了高驅動電流和低泄漏電流的融合統一，為高性能低功耗電子器件的發展，提供了新的技術途徑。
相關成果以《0.6/1.2納米溝道厚度的高驅動低泄漏電流多橋溝道晶體管》（High Drive and Low Leakage Current MBC FET with Channel Thickness 1.2nm/0.6nm）為題在第66屆國際電子器件大會（IEDM，International Electron Device Meeting）上北京時間12月16日在線發布。IEDM是微電子器件領域的國際頂級會議，國際學術界和頂尖半導體公司的研發人員，發布先進技術和最新進展的重要窗口。

雙橋溝道晶體管示意圖及其性能圖
研究背景
圖片
隨著集成電路制造工藝進入到5納米技術節點以下，傳統晶體管微縮提升性能難以為繼，技術面臨重大革新。采用多溝道堆疊和全面柵環繞的新型多橋溝道晶體管乘勢而起，利用GAA結構實現了更好的柵控能力和漏電控制，被視為3-5納米節點晶體管的主要候選技術。現有工藝已實現了7層硅納米片的GAA多橋溝道晶體管，大幅提高驅動電流，然而隨著堆疊溝道數量的增加，漏電流也隨之增加，導致的功耗不可忽視。
針對上述問題，設計并制備出了超薄圍柵雙橋溝道晶體管，利用二維半導體材料優秀的遷移率，圍柵增強作用的特點，驅動電流與普通MoS2晶體管，相比提升超過400%，室溫下可達到理想的亞閾值擺幅（60mV/dec）。由于出色的靜電調控與較大的禁帶寬度，可有效降低漏電流。該器件驅動電流與7疊層硅GAA晶體管可相比擬，漏電流卻只有硅器件的1.9%，降低了兩個數量級，在未來高性能低功耗晶體管技術應用領域，具有廣闊的應用前景。

參考鏈接：
https://sme.fudan.edu.cn/c1/77/c29431a311671/page.htm
https://mp.weixin.qq.com/s/wXOx5s0HkDUG3n_pz4yusw

總結

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