在发表现代计算组件所需的纳米级薄度铁电半导体一个月后，密歇根大学（University of Michigan）Zetian Mi教授团队展示了使用该材料的可重构晶体管。这项研究以专题文章形式发表在《应用物理快报》上。

(a)外延铁电HEMT器件结构示意图。(b)主要制造步骤。(c)从栅极堆叠区域捕获的HAADF STEM图像。(d)对应的EDS映射。(e)高分辨率HAADF-STEM图像显示的异构界面上的原子堆积。

“这种新型晶体管开辟了在同一个平台上集成多功能器件的可能性，如可重构晶体管、滤波器和谐振器，同时以非常高的频率和高功率工作，”领导这项研究的电子和计算机工程教授泽天宓说，“这是许多应用的游戏规则改变者。”

在最基本层，晶体管是一种开关，让电流通过或阻止电流通过。密歇根大学展示了一种铁电高电子迁移率晶体管（FeHEMT），这是HEMT的一个变种，可以增加信号（增益），并提供高开关速度和低噪声。这些特性使它们非常适合放大器，以高速向手机信号塔和Wi-Fi路由器发送信号。

铁电半导体与众不同，因为它们可以维持电极化，就像磁性的电子版本一样。但与冰箱式磁铁不同的是，它们可以转换哪一端是正极，哪一端是负极。在晶体管情况下，这种能力增加了灵活性——晶体管可以改变行为方式。

“我们可以让铁电HEMT重新配置，”电气和计算机工程研究科学家、该研究的第一作者王鼎说。“这意味着它可以充当几个器件，例如我们通过动态控制，可以把一个放大器当作几个放大器工作。这使我们能够减少电路面积，降低成本和能耗。”

这种器件最有前景的领域是可重构射频和微波通信，以及下一代电子和计算系统中的存储器件。

“通过在HEMT中加入铁电体，我们可以使转换更加灵敏。这可以实现更低的功耗和高增益，从而提高器件的效率，”电子和计算机工程领域的科学家王萍说，他也是该研究的通讯作者。

铁电半导体由掺有钪的氮化铝制成，钪是一种有时用于强化高性能自行车和战斗机中的铝的金属。这是第一个基于氮化物的铁电半导体，使其能够与下一代半导体氮化镓集成。氮化镓半导体的速度是硅的100倍，效率高且成本低，是取代硅成为电子器件首选材料的有力竞争者。

“这是将氮化物铁电体与主流电子产品集成的关键一步，”Zetian Mi说。

这种新型晶体管是利用分子束外延生长的，这种方法与制造驱动CD和DVD播放器中激光器的半导体晶体的方法相同。

该器件在Lurie纳米制造设施中制造，并在密歇根材料表征中心进行研究。

原文链接：

https://techxplore.com/news/2023-03-kind-transistor-communications-devices-smartphones.html

论文链接：

https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0143645