近日，华南师范大学电子科学与工程学院（微电子学院）高伟长聘副研究员团队在混维结型晶体管厚度工程及反相器应用方面的研究中取得重要进展，相关成果以“MoS₂/GaN Junction Field-Effect Transistors with Ultralow Subthreshold Swing and High On/Off Ratio via Thickness Engineering for Logic Inverters”为题发表在中科院一区期刊《Advanced Functional Materials》上。电子科学与工程学院（微电子学院）2022级电子信息（集成电路工程方向）专业型硕士研究生周瑶为第一作者，高伟长聘副研究员、孙一鸣副研究员，广东省工业分析检测中心陈文龙高级工程师为共同通讯作者，我校为第一完成单位。

近年来，二维/三维异质结电子器件引起了人们的广泛关注。随着尺寸的不断缩小，晶体管的性能逐渐恶化。在后摩尔时代，实现更高的晶体管密度、更快的速度和更低的泄漏电流(I_leak)以降低静态功耗(P)，同时确保逻辑的准确性正变得越来越具有挑战性。此外，低功耗要求低SS;因此，在不影响器件性能的情况下降低驱动电压的最简单、最有效的方法是转向具有超陡峭关断行为的器件结构，即SS要很小。

有鉴于此，华南师范大学高伟长聘副研究员课题组通过二维材料厚度工程提出了基于混维MoS₂/GaN异质结的结型场效应晶体管(JFET)。测试表明异质界面平整洁净，势垒高度达到5 eV，当MoS₂厚度为10 nm时，在V_ds = 0.1 V时，平均SS只有60.9 mV dec⁻¹(玻尔兹曼极限为60 mV dec⁻¹)，达到了目前混维结型晶体管的理论极限。此外，晶体管的电流开关比最大达到10⁷，最大饱和电流密度(J_ds)达到0.16 μA μm⁻¹。随着MoS₂厚度从6 nm增加到16 nm，工作模式可以从增强模式转变为耗尽模式。利用计算机辅助设计技术对沟道的混维异质结耗尽区进行了验证。最后，实现最大电压增益为4、最小静态P为25 nW的n型负载反相器。综上所述，这项工作为构建一系列高性能的二维过渡金属二硫化物/GaN JFET提供了一个高效通用的结构策略。

高伟长聘副研究员自2020年3月入职以来，以第一、共一或通讯作者在Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Advanced Optical Materials, Advanced Electronic Materials, ACS Applied Materials & Interfaces等期刊发表SCI论文38篇，授权专利6项。相关研究工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金、广东省自然科学基金以及广州市重点领域研发计划等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202410954