Circular‐Gate Nanoscale Air Channel Transistors: Achieving ultralow Subthreshold Swing and Working Voltage

晶体管 材料科学 光电子学 逆变器 阈下传导 CMOS芯片 薄脆饼 MOSFET 量子隧道 阈值电压 纳米技术 场效应晶体管 电气工程 纳米尺度 电压 工程类
作者
Haiquan Zhao,Feiliang Chen,Yazhou Wei,Lixin Sun,Ruihan Huang,Xiangdong Wang,Fan Yang,Hao Jiang,Yang Liu,Mo Li,Jian Zhang
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
标识
DOI:10.1002/advs.202410734
摘要

Abstract As electronics advance toward higher performance and adaptability in extreme environments, traditional metal‐oxide‐semiconductor field‐effect transistors (MOSFETs) face challenges due to physical constraints such as Boltzmann's law and short‐channel effects. Nanoscale air channel transistors (NACTs) present a promising alternative, leveraging their vacuum‐like channel and Fowler–Nordheim tunneling characteristics. In this study, a novel circular gate NACT (CG‐NACT) is purposed, fabricated on a 4‐inch silicon‐based wafer using a CMOS‐compatible process. By employing an innovative gate control mechanism, the transistors achieve an ultralow SS of only 0.15 mV dec −1 and maintain the average SS remained at 1.5 mV dec −1 over three decades of drain current. Additionally, our CG‐NACTs deliver milliamper‐level drain current at a low drain voltage of 0.7 V, with a maximum on/off ratio of 7.82×10 6 . Notably, CG‐NACTs remain highly stable even at high temperatures of up to 150 °C and under irradiation. Furthermore, the practical application of CG‐NACTs is successfully implemented by designing an inverter circuit for the first time.
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