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拓扑与电路 ★ 5.0

基于锗的可重构场效应晶体管中的静电门控

Electrostatic Gating in Ge-Based Reconfigurable Field-Effect Transistors

作者 A. Fuchsberger · A. Verdianu · L. Wind · D. Nazzari · Enrique Prado Navarrete · C. Wilfingseder
期刊 IEEE Transactions on Electron Devices
出版日期 2025年3月
技术分类 拓扑与电路
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 纳米锗 可重构场效应晶体管 双/三独立栅 电荷载流子输运 开关状态比
语言:

中文摘要

纳米级锗已被确定为一种有前途的沟道材料,可降低可重构场效应晶体管(RFET)的功耗并提高其开关速度。这种多栅晶体管可使单个器件在运行时进行n型和p型操作模式的切换。在这项工作中,通过对与电栅控相关的载流子输运进行系统的温度相关研究,探讨了双独立栅和三独立栅锗基RFET的具体特性和优势。双栅结构具有单极性和双极性两种工作模式,而三栅结构则提供与偏置无关的单极性,其栅控能力具有对称特性,并且导通态电流的通断态电流比提高了一个数量级。

English Abstract

Nanoscale Ge has been identified as a promising channel material to enable a reduction of power consumption and an enhancement of the switching speed of reconfigurable field-effect transistors (RFETs). Such multigate transistors allow the run-time switching between n- and p-type operation in a single device. In this work, the specific characteristics and benefits of dual- and triple-independent-gate Ge-based RFETs are discussed by a systematic temperature-dependent investigation of the electrical-gating-related charge carrier transport. While the dual-gate configuration features both a unipolar and ambipolar operation mode, the triple-gate configuration offers bias-independent unipolarity with a symmetric behavior regarding its gating capabilities and on-state currents with an enhanced on-to-off-state ratio by one order of magnitude.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于锗材料的可重构场效应晶体管(RFET)技术具有重要的战略参考价值。该技术通过静电门控实现n型和p型运行模式的动态切换,并展现出显著的低功耗和高速开关特性,这与我司光伏逆变器和储能系统对功率器件的核心需求高度契合。

在光伏逆变器领域,功率转换效率和开关损耗是制约系统性能的关键因素。该RFET技术展示的增强型开关速度和降低功耗特性,若能应用于逆变器的控制电路或功率管理芯片,有望进一步提升系统效率,特别是在轻载和动态负载条件下的转换性能。三栅极配置实现的单极性运行模式和提升一个数量级的开关比,意味着更低的静态功耗和更精确的控制能力,这对于我司追求98%以上转换效率的目标具有实际意义。

对于储能系统而言,电池管理系统(BMS)的智能化和精细化管理需要大量低功耗、高可靠性的控制芯片。RFET的可重构特性可实现电路功能的动态优化,减少芯片种类和系统复杂度,这与我司推动储能系统模块化、智能化的方向一致。

然而,该技术目前仍处于纳米器件研究阶段,距离商业化应用存在明显距离。锗材料的工艺成熟度、成本控制、温度稳定性以及与现有硅基工艺的兼容性都是实际应用需要克服的挑战。建议我司保持技术跟踪,关注其在专用集成电路(ASIC)领域的发展动态,适时评估在高端逆变器控制芯片中的应用可行性,为未来技术代际升级储备前瞻性方案。