晶体管等电子器件的尺寸缩小已达到稳定水平，这给半导体制造带来了挑战。然而，由香港城市大学(CityUHK)材料科学家领导的研究小组最近发现了一种新策略，可以使用由混合维纳米线和纳米片制成的晶体管来开发具有出色性能的高度通用电子产品。这项创新为简化芯片电路设计铺平了道路，为未来的电子产品提供多功能性和低功耗。
近几十年来，随着晶体管和集成电路的不断缩小尺寸已开始达到物理和经济极限，以可控且具有成本效益的方式制造半导体器件已变得具有挑战性。晶体管尺寸的进一步缩小会增加电流泄漏，从而增加功耗。复杂的布线网络也会对功耗产生不利影响。
多值逻辑 (MVL) 已成为克服不断增加的功耗的一项有前景的技术。它通过大大减少晶体管元件及其互连的数量，超越了传统二进制逻辑系统的限制，从而实现了更高的信息密度和更低的功耗。人们致力于构建各种多值逻辑器件，包括反双极晶体管(AAT)。
反双极器件是一类晶体管，其中正(空穴)和负(电子)电荷载流子可以在半导体沟道内同时传输。然而，现有的基于AAT的器件主要利用2D或有机材料，这对于大规模半导体器件集成来说不稳定。此外，它们的频率特性和能源效率也很少被探索。
为了解决这些限制，由香港城市大学协理副校长(企业)兼材料科学与工程学系副系主任Johnny Ho教授领导的研究团队开始研究开发具有更高信息量的基于抗双极性器件的电路密度和互连较少，并探讨它们的频率特性。
该团队创建了一种先进的化学气相沉积技术来创建一种新颖的混合维度异质晶体管，该晶体管结合了高质量 GaAsSb 纳米线和 MoS 2纳米片的独特性能。
新型反双极晶体管具有卓越的性能。由于混合维GaAsSb/MoS 2结的强界面耦合和能带结构排列特性，异质晶体管具有突出的跨导翻转的抗双极性传输特性。
跨导的翻转使响应输入模拟电路信号的频率加倍，与 CMOS 技术中的传统倍频器相比，大大减少了所需的器件数量。
何教授表示：“我们的混合维反双极晶体管可以同时实现多值逻辑电路和倍频器，这使其成为反双极晶体管应用领域的首创。”
多值逻辑特性简化了复杂的布线网络并降低了芯片功耗。器件尺寸的缩小以及结区域的缩小使器件变得快速且节能，从而产生高性能的数字和模拟电路。
何教授说：“我们的研究结果表明，混合维度反双极性器件使芯片电路设计能够具有高信息存储密度和信息处理能力。” “到目前为止，半导体行业的大多数研究人员都专注于器件小型化，以保持摩尔定律的运行。但反双极性器件的出现显示了现有基于二进制逻辑的技术的相对优势。这项研究开发的技术代表着向下一代多功能集成电路和电信技术迈出了一大步。”
该研究还为进一步简化复杂的集成电路设计以提高性能提供了可能性。
混合维反双极性器件的跨导翻转功能显示了在数字和模拟信号处理中多种应用的可能性，包括三态逻辑逆变器、先进光电子学和倍频电路。何教授补充道：“新的器件结构预示着未来多功能电子产品技术革命的潜力。”
该研究结果发表在科学杂志《Device》上，题为“由混合维 1D GaAsSb/2D MoS2 异质晶体管实现的多功能反双极性电子器件”。
城市大学硕士研究生王伟博士为第一作者，何教授为通讯作者。合作者包括香港城市大学博士毕业生叶森宝博士，导师是现于日本九州大学工作的何教授。
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