新型晶体管可以缩小智能手机上的通信设备

（a） 外延铁电HEMT器件结构示意图。（b） 主要制造步骤。（c）从栅极堆栈区域捕获的HAADF-STEM图像和（d）显示元素分布的相应EDS映射。（e） 高分辨率HAADF-STEM图像，显示异质结构界面处的原子堆叠

一个月前，密歇根大学(University of Michigan)的一个团队宣布了一种具有现代计算元件所需的纳米级厚度的铁电半导体，现在他们展示了一种使用这种材料的可重构晶体管。

“通过实现这种新型晶体管，它为在同一个平台上集成多功能设备(如可重构晶体管、滤波器和谐振器)提供了可能性，所有这些设备都在非常高的频率和高功率下工作，”领导这项研究的密歇根大学电气和计算机工程教授Zetian Mi说，“这将改变许多应用程序的规则。”

在最基本的层面上，晶体管是一种开关，让电流通过或阻止电流通过。密歇根大学展示的一种被称为铁电高电子迁移率晶体管(FeHEMT)，它是对hemt的一种改进，可以增加信号，即增益，同时提供高开关速度和低噪声。这使得它们非常适合作为向手机信号塔和Wi-Fi路由器高速发送信号的放大器。

铁电半导体从其他半导体中脱颖而出，因为它们可以维持电极化，就像磁的电版本。但与冰箱贴不同的是，它们可以切换正极和负极。在晶体管的环境中，这种能力增加了灵活性——晶体管可以改变它的行为方式。

“我们可以使我们的铁电HEMT可重构，”电子和计算机工程研究科学家、该研究的第一作者Ding Wang说。“这意味着它可以作为多个设备工作，例如一个放大器可以作为几个放大器工作，我们可以动态控制。这使我们能够减少电路面积，降低成本和能源消耗。”

该设备特别感兴趣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设备。

“通过在HEMT中添加铁电性，我们可以使开关更灵敏。除了高增益外，这还可以实现更低的功耗，从而制造出更高效的设备，”电气和计算机工程研究科学家、该研究的共同通讯作者Ping Wang说。

铁电半导体是由氮化铝和钪制成的，钪有时被用于增强高性能自行车和战斗机中的铝。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可达硅的100倍，而且效率高、成本低，是取代硅作为电子设备首选材料的有力竞争者。

“这是将氮化铁电体与主流电子集成的关键一步，”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播放机激光器的半导体晶体的方法相同。