Cooler electrons for transistors The operating power of field-effect transistors is constrained in part by the minimum change in voltage needed to change the current output. This subthreshold swing (SS) limit is caused by hotter electrons from a thermal electron source leaking over the potential of the gate electrode. Qiu et al. show that graphene can act as a Dirac source that creates a narrower distribution of electron energies. When coupled to a carbon nanotube channel, the decrease in SS would allow the supply voltage to be decreased from 0.7 to 0.5 volts. Science, this issue p. 387 A graphene source of cold electrons lowers the subthreshold swing and supply voltage in field-effect transistors. An efficient way to reduce the power consumption of electronic devices is to lower the supply voltage, but this voltage is restricted by the thermionic limit of subthreshold swing (SS), 60 millivolts per decade, in field-effect transistors (FETs). We show that a graphene Dirac source (DS) with a much narrower electron density distribution around the Fermi level than that of conventional FETs can lower SS. A DS-FET with a carbon nanotube channel provided an average SS of 40 millivolts per decade over four decades of current at room temperature and high device current I60 of up to 40 microamperes per micrometer at 60 millivolts per decade. When compared with state-of-the-art silicon 14-nanometer node FETs, a similar on-state current Ion is realized but at a much lower supply voltage of 0.5 volts (versus 0.7 volts for silicon) and a much steeper SS below 35 millivolts per decade in the off-state.

中文翻译：

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作为节能、高性能电子开关的狄拉克源场效应晶体管

晶体管的冷却器电子 场效应晶体管的工作功率部分受到改变电流输出所需的最小电压变化的限制。这种亚阈值摆动 (SS) 限制是由来自热电子源的较热电子泄漏超过栅电极电位造成的。邱等人。表明石墨烯可以作为狄拉克源，产生更窄的电子能量分布。当耦合到碳纳米管通道时，SS 的降低将使电源电压从 0.7 伏降低到 0.5 伏。科学，这个问题 p。387 石墨烯冷电子源降低了场效应晶体管中的亚阈值摆幅和电源电压。降低电子设备功耗的有效方法是降低电源电压，但该电压受到场效应晶体管 (FET) 中亚阈值摆幅 (SS) 的热电子极限的限制，每十年 60 毫伏。我们表明，与传统 FET 相比，在费米能级周围具有更窄电子密度分布的石墨烯狄拉克源 (DS) 可以降低 SS。具有碳纳米管通道的 DS-FET 在室温下的 40 倍电流中提供 40 毫伏每 10 倍的平均 SS，以及在每 10 倍 60 毫伏时高达 40 微安/微米的高器件电流 I60。与最先进的硅 14 纳米节点 FET 相比，实现了类似的导通电流 Ion，但电源电压低得多，为 0.5 伏（硅为 0.7 伏），并且 SS 低于 35关闭状态下每十年毫伏。场效应晶体管 (FET) 中每十年 60 毫伏。我们表明，与传统 FET 相比，在费米能级周围具有更窄电子密度分布的石墨烯狄拉克源 (DS) 可以降低 SS。具有碳纳米管通道的 DS-FET 在室温下的 40 倍电流中提供 40 毫伏每 10 倍的平均 SS，以及在每 10 倍 60 毫伏时高达 40 微安/微米的高器件电流 I60。与最先进的硅 14 纳米节点 FET 相比，实现了类似的导通电流 Ion，但电源电压低得多，为 0.5 伏（硅为 0.7 伏），并且 SS 低于 35关闭状态下每十年毫伏。场效应晶体管 (FET) 中每十年 60 毫伏。我们表明，与传统 FET 相比，在费米能级周围具有更窄电子密度分布的石墨烯狄拉克源 (DS) 可以降低 SS。具有碳纳米管通道的 DS-FET 在室温下的 40 倍电流中提供 40 毫伏每 10 倍的平均 SS，以及在每 10 倍 60 毫伏时高达 40 微安/微米的高器件电流 I60。与最先进的硅 14 纳米节点 FET 相比，实现了类似的导通电流 Ion，但电源电压低得多，为 0.5 伏（硅为 0.7 伏），并且 SS 低于 35关闭状态下每十年毫伏。我们表明，与传统 FET 相比，在费米能级周围具有更窄电子密度分布的石墨烯狄拉克源 (DS) 可以降低 SS。具有碳纳米管通道的 DS-FET 在室温下的 40 倍电流中提供 40 毫伏每 10 倍的平均 SS，以及在每 10 倍 60 毫伏时高达 40 微安/微米的高器件电流 I60。与最先进的硅 14 纳米节点 FET 相比，实现了类似的导通电流 Ion，但电源电压低得多，为 0.5 伏（硅为 0.7 伏），并且 SS 低于 35关闭状态下每十年毫伏。我们表明，与传统 FET 相比，在费米能级周围具有更窄电子密度分布的石墨烯狄拉克源 (DS) 可以降低 SS。具有碳纳米管通道的 DS-FET 在室温下的 40 倍电流中提供 40 毫伏每 10 倍的平均 SS 和每 10 倍 60 毫伏时高达 40 微安/微米的高器件电流 I60。与最先进的硅 14 纳米节点 FET 相比，实现了类似的导通电流 Ion，但电源电压低得多，为 0.5 伏（硅为 0.7 伏），并且 SS 低于 35关闭状态下每十年毫伏。具有碳纳米管通道的 DS-FET 在室温下的 40 倍电流中提供 40 毫伏每 10 倍的平均 SS，以及在每 10 倍 60 毫伏时高达 40 微安/微米的高器件电流 I60。与最先进的硅 14 纳米节点 FET 相比，实现了类似的导通电流 Ion，但电源电压低得多，为 0.5 伏（硅为 0.7 伏），并且 SS 低于 35关闭状态下每十年毫伏。具有碳纳米管通道的 DS-FET 在室温下的 40 倍电流中提供 40 毫伏每 10 倍的平均 SS，以及在每 10 倍 60 毫伏时高达 40 微安/微米的高器件电流 I60。与最先进的硅 14 纳米节点 FET 相比，实现了类似的导通电流 Ion，但电源电压低得多，为 0.5 伏（硅为 0.7 伏），并且 SS 低于 35关闭状态下每十年毫伏。