理大研發量子隧穿場效應晶體管　突破集成電路晶片發展樽頸

理大物理及材料學系系主任、材料物理與器件講座教授郝建華教授領導的研究團隊，與本地、北京及新加坡科研人員合作，成功運用二維 (2D) 納米材料，研製出一款全新的量子隧穿場效應晶體管 (TFET)。是次突破性的成果，令這項備受期待的技術離商業化應用更進一步，為低能耗運算及新一代人工智能 (AI) 晶片提供關鍵的基本組件。

集成電路 (IC) 由在開、關狀態之間切換的晶體管組成，是現代運算的基礎。傳統的互補金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET) 依靠由閘極電壓驅動熱電子發射，讓電荷跨越勢壘，此項操作中控制一個數量級的電流變化所需要的最低閘極電壓為 60 毫伏特 (mV)。然而，由於「波爾茲曼極限」的物理限制，使得在室溫之下，MOSFET 的亞閾值擺幅 (Subthreshold swing, SS) 無法降低至每十倍 60 毫伏特 (mV decade⁻¹) 以下，阻礙了高性能電子產品的進一步發展。

為解決以往 TFET 設計的效率局限，郝教授的團隊採用脈衝激光沉積 (PLD) 技術，製作出超薄的二維鉍 (Bi) 與硒化銦 (InSe) 交替層異質結。團隊在納米尺寸的層狀結構上進行精確控制，令原本呈半金屬性質的鉍在二維形態下轉化為半導體，形成理想的能帶對齊，使電荷載流子得以透過量子隧穿機制高效注入硒化銦。

由此製成的 Bi/InSe 量子隧穿場效應晶體管，在六個數量級的電流開關範圍內，其亞閾值擺幅遠低於每十倍 60 毫伏特的熱電子極限。這種 TFET 在室溫下於標準厘米尺寸的矽基板上運作時，所需閘極電壓範圍僅為 160 毫伏特，遠低於先進 MOSFET 所需的 800 毫伏特。

這種最新器件解決了實驗性質 TFET 長期面對的難題：既能輸出高達每微米數微安培 (μA μm⁻¹) 的高輸出電流，同時具備極高的開關電流比。高輸出電流對驅動多個下游邏輯閘極為重要，有助降低電路延遲，並確保與現有集成電路晶片相容，甚至可帶動其跨代升級。

研究同時證明，脈衝激光沉積技術在製造精密、晶圓級二維材料方面切實可行，此類材料對未來採用超短通道的晶體管尤其重要。由於該技術能與傳統矽基製程相互配合，此項突破為節能微型晶片及推動 AI 應用的專用硬件，提供了可規模化的發展藍圖。

此項研究由理大與新加坡國立大學、香港科技大學、北京大學及新加坡科技設計大學的研究人員合作進行。研究成果具重要里程碑意義，並已於國際權威期刊《科學》 (Science) 發表。

郝建華教授現為光子技術研究院、潘樂陶慈善基金智慧能源研究院及體育科技研究院成員。

閱讀研究全文： https://www.science.org/doi/10.1126/science.adx6059

新聞稿： https://www.polyu.edu.hk/rio/news/2026/20260831---polyu-develops-quantum-tunnelling-field-effect-transistor/

網上報導：

知乎 - https://polyu.me/4zOUDc3

Superadrianme - https://polyu.me/3T3fism

Daily Bulletin - https://polyu.me/4gwxS57

WhaTech - https://polyu.me/3Uv2Thk