在智能时代，为了实现器件低功耗、多功能等特点，基于新原理的器件正朝着新型应用领域发展。在超小尺度的纳米级器件中，将杂质原子作为功能性单元的应用引起广泛的关注。人们通过先进的半导体制造技术在杂质原子的观测、定位和控制层面上开展了许多重要的研究。随着集成电路特征尺寸缩小到亚10纳米尺度，离散杂质原子对器件电学性能的影响越发显著。

中国科学院半导体研究所韩伟华研究员课题组正致力于硅沟道的局域纳米空间中电离杂质原子作为量子点的载流子输运特性研究。无结硅纳米线晶体管具有尺寸可调节的体输运沟道和低的横向空间电场，相比于反型沟道器件在低温条件下具有更为显著的量子电导振荡效应。近年来，该组重点研究了无结硅纳米线晶体管沟道中通过离散及耦合杂质原子系统及其一维子带的电子输运行为特性。最近，他们通过分析杂质能级上电子热激活能和库仑能之间的竞争关系，发现了栅电压在沟道开启阶段能够显著调节电子跳跃通过杂质原子的输运行为转变温度，揭示了栅电场变化对沟道电子波函数的局域化长度和态密度的影响。图1提供了该种器件局域量子态电子跳跃输运行为的变温电导特性Arrhenius曲线。随着杂质原子在超小尺度器件中的地位越发显著，研究与之相关的载流子输运特性将为新一代原子级尺度硅基器件的设计提供思路。

图1. 温度依赖的Arrhenius电导曲线。

Gate-regulated transition temperatures for electron hopping behaviours in silicon junctionless nanowire transistors

Xinyu Wu, Weihua Han, Xiaosong Zhao, Yangyan Guo, Xiaodi Zhang, Fuhua Yang

J. Semicond. 2020, 41(7): 072905

doi: 10.1088/1674-4926/41/7/072905

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