器件新发明：具有两个栅极的新型集体管，可更好的用于混合信号和模拟计算

传统的MOSFET晶体管是几乎所有现代电子产品的基本构件，但它们远非完美的器件。首先，它们是非线性器件，使设计和分析变得复杂。此外，在这些晶体管中，器件的数字和模拟操作都由栅极电极上的外加电压控制。

在数字意义上，电压用于开启或关闭晶体管。在模拟意义上，栅极电压，更具体地说是栅极至源极电压，具有许多特性，例如跨导和增益。 

多模态晶体管

为了消除MOSFET晶体管的非理想性，萨里大学的研究人员设计了一种新型晶体管。新晶体管被称为多模态晶体管Multimodal Transistor （MMT），其创新布局提供了巨大的上行潜力。 

在其基本结构中，MMT由四个端子（不包括本体）组成：源极、漏极和两个控制栅极（CG1和CG2）。与传统的MOSFET一样，源极和漏极由半导体材料隔开，而控制栅极则由绝缘层隔开。

CG1位于源极上方，用于控制注入电荷量(即电流量)。沟道控制门CG2位于源-漏间隙上方，在源极和漏极之间切换半导体的导通状态。 

MMT布局

该架构的独特之处在于，CG1专门控制电流水平，而CG2专门控制设备的开/关状态，而不会影响电流大小。这种结合了模拟注入和数字开关的功能使该设备异常灵活。  

多模态晶体管的三种配置

以下是三个测试案例，展示了该设备在通用源配置中的功能。

MMT的三个测试案例

从左至右看，第一个示例显示了施加到CG2的正电压、CG1接地。这里，漏极和源极之间的导电通道被CG2的电压接通。但即使有很大的VDS，在没有CG1正电压的情况下，电流也不会流动。

在第二个示例中，对CG1施加正电压，CG2接地。接地CG2有效地关闭了传导通道，因此不会有电流流过该通道。 

最后，第三个例子显示CG1和CG2都施加了正电压。在这个例子中，电流将流过通道。该电流的大小是由CG1上的电压明确设定的。 

晶体管作为线性器件

该成果发表在《 Advanced Intelligent Systems》上，此项研究究非常重要，因为MMT代表的是线性器件晶体管。这意味着输出和输入之间存在线性依赖关系。这种能力为工程师提供了前所未有的设计自由度，并可能导致更简单的设计，需要更少的分析和更少的晶体管--更少的晶体管意味着更少的面积和更高的良率。

研究人员还声称，该器件的开关速度和对工艺变化的容忍度提高了十倍。此外，MMT的模拟/数字多功能性为薄膜技术带来了新的机遇，包括用于边缘集成处理的紧凑型电路和高能效的模拟计算。 

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aisy.202000199#aisy202000199-fig-0001