高效数字电路需要纳米级晶体管，并且每个器件的偏置至关重要。通过获得晶体管阈值电压的精确值可以放宽这些严格的偏置条件。这导致逻辑状态对电噪声的容忍度更高。

为了满足降低功耗的要求，CMOS 场效应晶体管 (FET) 被制造为以增强 (E) 模式运行，即在零栅极电压时沟道中没有自由电荷载流子。另一方面，由于充足的载流子密度，耗尽型 (D) 模式晶体管比增强型晶体管具有更高的电流。

与 FET 的开关应用相比，对于高频应用，FET 的关断状态并不是强制性要求。事实上，零栅极偏置下沟道的存在有利于在较低电压下获得高跨导。对于 Si FET，增强或耗尽模式是在离子注入掺杂的制造步骤中确定的。然而，对于有机半导体和二维材料等新一代薄材料实施该解决方案具有挑战性。

根据ACS Applied Electronic Materials发表的新研究，通过为栅极金属选择特定的功函数，p型FET的阈值电压可以从负值变为正值，这是增强模式和耗尽模式之间的选择性切换的操作。

研究人员实验性地制造了具有不同功函数的各种栅极金属电极的 FET。电介质氧化铝的厚度仅为5 nm。由于栅极金属和有机p型半导体沟道之间的距离很短，因此即使不施加外部电压，它们之间也存在静电相互作用。当使用铝 (4.4 eV) 等低功函数金属时，FET 在增强模式下工作。

对于金 (5.0 eV) 等高功函数栅极金属，在零栅极电压下，沟道中会产生一定数量的空穴。这会产生大量电流，称为耗尽模式操作。

为了证实这一实验观察结果，研究人员进行了 TCAD 设备模拟。模拟生成了诱导孔密度的彩色等值线图。这些匹配的实验和模拟结果从技术角度和大规模生产来看非常重要。

主要作者、印度 SRMIST 的 Abhay Sagade 博士透露，对于薄电介质厚度(例如小于 10 nm 的电介质厚度)，观察到的影响是深远的。对于较大的厚度，即使对于高功函数栅极金属，FET 仍保持增强模式。

这个概念可以很容易地扩展到任何薄的有机、无机和新一代二维材料。使用这种方法，应该可以制造尺寸更紧凑、更精确和可重新配置的数字逻辑和振荡器器件和电路。此外，具有改进电流的 D 模式 OFET 可有效用于高频应用。

这对于即将到来的量子设备和使用小尺寸敏感设备的技术应用也具有巨大的影响。

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