基于硅的约瑟夫森结场效应晶体管实现低温逻辑与量子技术
金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)从长沟道到短沟道结构的持续微型化发展已超越摩尔定律的预测。半导体电子学的持续进步——即使在当前低温条件下的尺寸微缩与性能边界附近——正推动着创新器件范式的开发,以实现超低功耗与高速功能。在新兴候选方案中,约瑟夫森结场效应晶体管(JJFET或JoFET)通过集成超导源极和漏极,为超低温环境下的高效相位相干操作提供了新路径。这类混合器件有望连接传统半导体电子学与低温逻辑/量子电路,实现跨温域的高能效、高相干信号处理。本文追溯了从约瑟夫森结到场效应晶体管的技术演进,重点剖析支撑现代器件可扩展性的结构与功能创新。研究团队系统分析了基于硅、砷化镓和砷化铟镓衬底制备的JJFET性能与材料兼容性,并评估其开关动力学特性。特别关注作为JJFET核心架构的超导体-硅-超导体约瑟夫森结。通过梳理四十余年的实验进展,该工作揭示了JJFET作为下一代低温逻辑与量子电子系统基础构建模块的巨大潜力。
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