Улучшены характеристики графенового транзистора за счет изменения его конструкции
 Трехмерная схема предложенной конструкции транзистора на основе графена. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Графен представляет собой плоский лист атомов углерода, расположенных в углах гексагональной кристаллической решетки. Эта структурная модификация углерода была обнаружена в 2004 году и привлекла большое внимание, благодаря своим уникальным электронным и механическим свойствам. На сегодняшний день графен рассматривается в качестве одного из основных кандидатов на замену кремния в электронных устройствах будущего. На него возложены большие надежды, благодаря тому, что электроны движутся в графене с чрезвычайно высокими скоростями, практически не испытывая сопротивления.
Однако применение графена на практике связано с одной существенной проблемой. Обычные интегральные схемы не проводят электрический ток в выключенном состоянии, чего нельзя сказать о графене. Причина подобного поведения этого материала заключается в том, что, в отличие от полупроводникового кремния, он не имеет «зазора» между валентной зоной и зоной проводимости, ведь именно так называемая «запрещенная» зона позволяет переводить транзисторы из включенного в выключенное состояние и обратно при помощи электрода затвора. Ученые по всему миру предлагали различные схемы для решения этой проблемы, к примеру, с помощью наноразмерных лент, квантовых точек или химической модификации графена. Хотя эти методики действительно позволяют создать запрещенную зону в графене, подобные модификации приводят к тому, что изменяется структура материала, и в нем уже нельзя увидеть столь высокой подвижности электронов.
Группа ученых из University of Manchester (Великобритания), включающая в себя Нобелевских лауреатов Константина Новоселова и Андре Гейма, разработала новый тип устройств на базе графена: вертикальный полевой туннельный транзистор. Это устройство можно назвать первым среди конструкций на основе не модифицированного графена, которое может включаться и выключаться, несмотря на отсутствие запрещенной зоны в материале.
Конструкция представляет собой два листа графена, между которыми зажат слой изолятора: нитрида бора или дисульфата молибдена, атомарной толщины. Слой изолятора играет роль барьера, не позволяющего электронам из одного листа графена туннелировать в другой. Преимущество конструкции заключается в том, что слой изолятора перпендикулярен направлению тока; т.е. туннельным током в данном случае можно управлять при помощи внешнего электрического поля. Вероятность туннелирования электронов в графене под действием увеличивающегося внешнего электрического поля – также увеличивается.
Теоретически в качестве такого барьера может использоваться любой изолятор, но только при атомарной толщине такого слоя туннельный ток можно будет легко измерить. В своем эксперименте английские ученые выбрали нитрид бора и дисульфат молибдена из-за простоты производства тонких слоев этих материалов.
Ученые считают, что проделанная ими работа открывает путь к созданию коммерческих интегральных схем из графена. Подробные результаты работы опубликованы в журнале Science.
Также по теме:
- Напечатанные устройства на базе графена
- Высокоскоростные транзисторы на основе графена продолжают развиваться
Источники: