香港理工大學研究團隊運用二維納米材料，研製出量子隧穿場效應晶體管 TFET。該項研究由理大物理及材料學系系主任郝建華教授領導，並與新加坡國立大學、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完成，相關研究結果已於科學期刊《Science》發表。此項技術旨在解決傳統半導體技術面對的波爾茲曼極限物理限制，為運算及新一代人工智能晶片提供基本組件。
集成電路 IC 由在開關狀態之間切換的晶體管組成。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。受限於波爾茲曼極限，在室溫下 MOSFET 的亞閾值擺幅無法降低至每十倍 60 毫伏特以下。郝建華指出，國際器件及系統路線圖 IRDS 將 TFET 視為具潛力取代 MOSFET 的低功耗晶體管方案。研究團隊透過以量子隧穿取代熱電子發射，研製的二維異質結構晶體管克服了相關物理限制，為低功耗及高性能集成電路提供基礎。
在技術層面上，研究團隊採用脈衝激光沉積 PLD 技術，製作出二維鉍與硒化銦交替層異質結。團隊在層狀結構上進行控制，令原本呈半金屬性質的鉍在二維形態下轉化為半導體，形成能帶對齊，使電荷載流子透過量子隧穿機制注入硒化銦。由此製成的 Bi/InSe 量子隧穿場效應晶體管，在 6 個數量級的電流開關範圍內，其亞閾值擺幅低於每十倍 60 毫伏特的熱電子極限。該 TFET 在室溫下於標準厘米尺寸的矽基板上運作時，所需閘極電壓範圍為 160 毫伏特，低於先進 MOSFET 所需的 800 毫伏特（上圖）。
該器件能夠輸出每微米數微安培的高輸出電流，並具備高開關電流比。高輸出電流有助驅動下游邏輯閘，降低電路延遲，並確保與現有集成電路晶片相容。研究顯示，脈衝激光沉積技術在製造晶圓級二維材料方面具備可行性。由於該技術能與傳統矽基製程配合，為節能微型晶片及推動人工智能應用的專用硬件提供了可規模化的發展方案。
