理大研发量子隧穿场效应晶体管，克服集成电路芯片开发障碍

香港特别行政区 – Media OutReach 新闻通讯社 – 2026年8月31日 – 下一代微电子技术依赖于晶体管开关性能的提升以增强计算能力。然而，传统半导体技术已触及物理上的“玻尔兹曼极限”，限制了传统晶体管的能效。香港理工大学（PolyU）的一个研究团队利用二维纳米材料设计出新型隧穿场效应晶体管（TFET）。这一突破可为节能计算和下一代AI芯片提供基础。

该研究由香港理工大学物理学与材料学系系主任及材料物理与器件讲座教授郝建华教授领导，并与新加坡国立大学、香港科技大学、北京大学和新加坡科技设计大学合作完成。研究结果已发表在著名科学期刊《科学》上。

传统晶体管依赖于电荷的热电子发射，这需要至少60毫伏（mV）的栅极电压。然而，“玻尔兹曼极限”使得在室温下亚阈值摆幅低于60 mV/decade⁻¹在物理上不可能，限制了高性能电子器件的发展。

郝教授表示：“通过采用量子隧穿，我们的TFET突破了这一界限，为新兴AI芯片和先进半导体应用所需的超低功耗、高性能集成电路铺平了道路。”

郝教授的团队利用脉冲激光沉积技术，制造了由二维铋和硒化铟交替层组成的超薄异质结构。通过对层结构的精确控制，通常为半金属的铋在二维形式下转变为半导体，使电荷载流子能够通过量子隧穿机制高效隧穿进入硒化铟。

由此产生的TFET实现了远低于60 mV/decade⁻¹极限的亚阈值摆幅值。该器件在室温下于硅衬底上工作，所需栅极电压范围仅为160毫伏，远低于原本所需的800毫伏。

该器件解决了实验性TFET中的一个难题，同时实现了高输出电流和极高的开关电流比，有助于驱动多个下游逻辑门并减少电路延迟。

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