現(xiàn)代社會(huì)依賴于芯片，而芯片是由數(shù)以億計(jì)的晶體管構(gòu)成。iPhone 14 Pro 上搭載的A16 Bionic 芯片就由160億個(gè)晶體管組成。每一次滑動(dòng)屏幕，每一個(gè)表情包，每一幀視頻，都由千千萬萬個(gè)晶體管完成。除了手機(jī)和電腦，現(xiàn)代生活中幾乎所有方面都依賴晶體管，從冰箱，空調(diào)，汽車，到飛機(jī)和衛(wèi)星。

晶體管自1947年被發(fā)明以來，科學(xué)家們一直在探索基于新材料和新技術(shù)的晶體管。這個(gè)多學(xué)科交叉的領(lǐng)域吸引著來自微電子，材料，物理和化學(xué)等多學(xué)科背景的研究者。

然而，不同領(lǐng)域研究人員之間還缺乏一致的報(bào)道和評(píng)估研究結(jié)果的規(guī)范。此外，很多晶體管的性能參數(shù)都相互關(guān)聯(lián)，這使得形成統(tǒng)一的報(bào)道和評(píng)估更具挑戰(zhàn)。

如此一來，就容易出現(xiàn)報(bào)道研究結(jié)果不完整，評(píng)估結(jié)果不全面等現(xiàn)象，甚至還會(huì)導(dǎo)致對(duì)新材料和新技術(shù)的評(píng)估出現(xiàn)偏差。

鑒于此，由美國，歐洲和中國的大學(xué)，國家實(shí)驗(yàn)室，和工業(yè)界的學(xué)者，近期聯(lián)合在Nature Electronics上發(fā)表了如何報(bào)道和評(píng)估新型晶體管的論文。

文中，作者們列出了一些關(guān)鍵參數(shù)的清單，以及參數(shù)評(píng)估清單，作者們還提供了報(bào)道和比較的例子。

以下給出文中的幾個(gè)例子，例子中的晶體管是基于二硫化鉬（MoS2）。

關(guān)電流與開電流（IoffvsIon）

不同研究中的晶體管溝道長度不一樣，而且柵極所用的絕緣體的材料和厚度也不一致，這就意味著不同驅(qū)動(dòng)晶體管工作的電壓范圍不一致。為簡易起見，作者推薦，在VDS= 1 V 時(shí)，畫出IminvsImax，右邊還可以配合圖中斜線來表示Imax/Iminratio。同時(shí)標(biāo)出Imax取自一定的載流子濃度ns，例如1013cm-2。由于Imin一般取自晶體管的亞閾值狀態(tài)，此時(shí)載流子濃度ns應(yīng)該等于0，因此不予列出。

有了此圖，人們就可以準(zhǔn)確地比較某些論文中所提到的非常高的Imax/Iminratio可能只是因?yàn)橛斜容^大的溝道長度，或者相比于柵極絕緣體的厚度而言，溝道很長。

真正創(chuàng)新的結(jié)果是用相同的溝道材料和厚度，用相同的柵極絕緣體材料和厚度，在相對(duì)較短的溝道長度里，實(shí)現(xiàn)比較高的Imax/Iminratio

IonvsLch

晶體管獲得比較高的開電流Ion才能使最終的芯片運(yùn)行的速度變快。有一些論文會(huì)強(qiáng)調(diào)自己的器件獲得很高或者破紀(jì)錄的Ion。不過，有可能這種高的Ion是因?yàn)楸容^短的溝道長度，或是比較高的VDS或載流子濃度。因此，有必要在相同VDS和載流子濃度條件下，畫出IonvsLch。從這個(gè)圖可以看出溝道長度對(duì)Ion的影響，實(shí)現(xiàn)比較公平的對(duì)比和評(píng)估。

注意，很多論文中漏電流用IDS來表示，這樣是不正確的。因?yàn)椋娏鞯亩x是電荷經(jīng)過一點(diǎn)的速率，因此應(yīng)該用ID來表示。常用的半導(dǎo)體物理教材里，如S.M. Sze或Ben Streetman所編著的，也很難看到“IDS”的這種用法。而電壓的定義是兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差，所以源漏之間的電壓是VDS。

亞閾值擺幅（Subthreshold Swing，SS，單位mV/dec）

小的亞閾值擺幅可以降低晶體管的工作電壓，因而減小芯片的耗電量。有一些論文會(huì)強(qiáng)調(diào)所報(bào)道的晶體管有破紀(jì)錄的亞閾值擺幅,尤其是在一些負(fù)電容相關(guān)器件的研究中?？墒?，有可能這個(gè)破紀(jì)錄的亞閾值擺幅發(fā)生在非常小的電流上（例如10-5uA/um），這樣對(duì)于降低晶體管的工作電壓的作用并不大。因此，有必要畫出”全過程”漏級(jí)電流的的SS，即SS vsID。如此，我們就可以一目了然地看到重要的漏級(jí)電流區(qū)間上的SS，例如在10-2到100uA/um區(qū)間。

Rcvsn

作者們還著重強(qiáng)調(diào)了接觸電阻的報(bào)道和評(píng)估。用Transfer Length Method來得出接觸電阻時(shí)，需要保證有超過4個(gè)晶體管，而且至少有一個(gè)晶體管中接觸電阻大于溝道電阻。例如下圖中TLM A用的所有晶體管都是溝道電阻遠(yuǎn)大于接觸電阻，這樣得出的接觸電阻容易產(chǎn)生很大的誤差，有的甚至得出接觸電阻接近于0的結(jié)論，因此作者推薦用TLM B。

作者們還推薦用右圖中的4-probe測(cè)量來佐證TLM中得出的sheet resistance

最后需要畫出TLM得出的接觸電阻與載流子濃度的關(guān)系圖，如下圖

展示統(tǒng)計(jì)分布

最后，作者們還呼吁，應(yīng)該報(bào)道關(guān)鍵參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布，而不只是強(qiáng)調(diào)最好的一個(gè)或者幾個(gè)器件的性能，如下圖，在一定VDS和載流子濃度條件下，作者們展示了不同溝道長度的晶體管的漏電流分布:

作者們表示，遵循一致的準(zhǔn)則來報(bào)道和評(píng)估科學(xué)研究結(jié)果，將會(huì)有利于該領(lǐng)域更好的進(jìn)展，推動(dòng)對(duì)前沿晶體管器件的研究，創(chuàng)新和應(yīng)用。

審核編輯：劉清