En ny tværgående tunnelfelteffekttransistor

Forskere ved det kinesiske videnskabsakademi har for nylig fremstillet en tværgående tunneling-felteffekttransistor. Dette er en halvlederenhed, der kan bruges til at forstærke eller skifte elektrisk strøm eller signaler, opererer gennem et fænomen kendt som kvantetunneling. Den nye transistor, introduceret i et papir udgivet i Naturelektronik , blev bygget ved hjælp af en van der Waals heterostruktur, et materiale med atomisk tynde lag, der ikke blandes med hinanden, men er i stedet knyttet via van der Waals-interaktioner.

Tunnelfelteffekttransistorer er en eksperimentel type halvlederenhed, der fungerer via en mekanisme kendt som band-to-band tunneling (BTBT). Disse transistorer har en bred vifte af applikationer, for eksempel, i udviklingen af ​​radiofrekvensoscillatorer (RF) eller hukommelseskomponenter til elektroniske enheder.

I disse enheder, transportører (dvs. partikler, der bærer en elektrisk ladning) typisk tunnel gennem en barriere, på vej i samme retning som den samlede udgangsstrøm. Strømmen i denne tunnel bidrager direkte til enhedens samlede strøm.

For at fungere mest effektivt, disse enheder bør ideelt set bygges med grænseflader af høj kvalitet og skarpe energibåndskanter. Todimensionelle van der Waals heterostrukturer kan således være optimale kandidater til deres fremstilling, da forskere nemt kan stable forskellige materialer oven på hinanden, resulterer i grænseflader af høj kvalitet og skarpe båndkanter.

For at muliggøre høj tunneleringseffektivitet i halvlederenheder, forskere skal kunne indstille tætheden af ​​stater med Fermi-niveau-tilpasning og spare momentum fra kilden til at ende i momentumrummet, uden at involvere fononer. Forskerne, der udførte den nylige undersøgelse, var med i Naturelektronik fandt ud af, at brugen af ​​2-D sort fosfor (BP) tillod dem at gøre begge disse ting.

"Tunnelanordninger, der udviser negativ differensmodstand, følger typisk et driftsprincip, hvor tunnelstrømmen bidrager direkte til drivstrømmen, " skrev forskerne i deres papir. "Her, vi rapporterer en tunnelerende felteffekttransistor lavet af sort fosfor/Al ₂ O ₃ /sort fosfor van der Waals heterostruktur, hvor tunnelstrømmen er i den tværgående retning i forhold til drivstrømmen."

I den transversale tunnelfelt-transistor skabt af dette forskerteam, tunnelstrømmen kan fremkalde en drastisk ændring i udgangsstrømmen via en elektrostatisk effekt. Dette giver i sidste ende enheden mulighed for at opnå en afstembar negativ differentialmodstand med et peak-to-dal ratio (PVR) på over 100 ved stuetemperatur.

"Vores enhed viser også pludselige skift, med en kropsfaktor (den relative ændring i gatespænding i forhold til overfladepotentialets ændring), der er en tiendedel af Boltzmann-grænsen for konventionelle transistorer over et bredt temperaturområde, " skrev forskerne i deres papir.

Dette team af forskere ved det kinesiske videnskabsakademi demonstrerede gennemførligheden af ​​at fremstille højeffektive tunneling-felteffekttransistorer ved hjælp af en vertikal van der Waals-heterostruktur indeholdende BP. I fremtiden, den nye enhed kunne integreres i en række elektronik, potentielt forbedret ydeevne for radiofrekvensoscillatorer eller logiske applikationer med flere værdier.

© 2020 Science X Network