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不依赖于硅材料的晶体管创新技术思路

已有 480 次阅读 2021-10-22 15:01 |系统分类:科研笔记

p-n结二极管以及三极管、场效应管等系列晶体管构成了电子信息时代的基础元件,晶体管也是二十世纪最伟大发明之一。原创核心材料专利发端于美国贝尔实验室。1947年12月23日,美国贝尔实验室里,3位科学家——巴丁博士、布莱顿博士和 肖克莱博士惊奇地发现,在他们发明的器件中通过的一部分微量电流,竟然可以控制另一部分流过的大得多的电流,因而产生了放大效应。因此共同荣获了1956年 诺贝尔物理学奖。而目前的所有晶体管主要是依赖于硅材料、砷化镓和氮化镓等为主。有没有完全不依赖于硅的晶体管材料呢?答案是肯定的。

由于前期对于过渡金属氧化物热敏p型半导体纳米粉体的研究,取得在我国航天卫星工程应用的成果,结合二维石墨烯材料的天然柔性特性,苏力宏老师课题组意外发现了过渡金属氧化物p型半导体纳米粉与二维材料采用编织的方式复合制成梯度薄膜,可以用于制备晶体管材料,成功制备了二极管、三极管和场效应管,材料既可以使用硬质封装,也可以使用柔性封装,而且发现其导电机理与传统硅基材料不同。比硅基更适用于未来CPU应用的高频高速特性,已经发现三极管基区宽度可以大于50微米,突破了传统硅基三极管的制造技术理论限制。课题组柔性晶体管的论文已公开在线发表(Flexible Diodes/Transistors based on Tunable p-n type Semiconductivity in Graphene/Mn-Co-Ni-O Nanocomposites. Research. 2021.8)。

更为重要的是,这是我国历史上首次在基础晶体管材料领域获得的原创性发明专利ZL2019104632836,这一发明专利授权后,也得到国家专利局和专利检索工作人员的高度重视。晶体管发明数十年了,半导体材料体系的原创发明均来源于国外,不管是硅基,还是碳基的基础材料原创专利,均是起源于西方国家。而本专利的晶体管材料主体采用过渡金属氧化物,加上二维材料特性复合,开辟了一种全新的独立的晶体管材料组成体系和元件特性领域,在目前集成电路半导体国内处处受制于人的情况下,为我国半导体找到一条全新出路。由于这一专利属于原创基础材料发明专利,意味着由此建立的任何未来发展技术,我们拥有了知识产权主动权。




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1 周少祥

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