Atomisk tynd switch giver smartere elektroniske enheder i fremtiden

(PhysOrg.com) -- En ny transistor lavet af grafen - verdens tyndeste materiale - er blevet udviklet af et forskerhold ved University of Southampton.

Den nye transistor opnår en rekordhøj switch-ydeevne, som vil gøre vores fremtidige elektroniske enheder - såsom PDA'er og computere - endnu mere funktionelle og højtydende.

I et blad udgivet i Elektronik breve , Dr. Zakaria Moktadir fra Nano-forskningsgruppen på universitetet beskriver, hvordan hans forskning i grafen, et materiale fremstillet af et enkelt atomlag af kulstof, arrangeret i en todimensionel bikagestruktur, førte til udviklingen af ​​grafenfelteffekttransistorer (GFET'er) med en unik kanalstruktur på nanoskala.

Ifølge Dr Moktadir, i forbindelse med elektronik, grafen kunne potentielt erstatte eller i det mindste blive brugt side om side med silicium integrationer.

"Silicon CMOS-nedskalering er ved at nå sine grænser, og vi er nødt til at finde et passende alternativ, " han siger.

"Andre forskere havde set på grafen som en mulighed, men fandt ud af, at en af ​​ulemperne var, at grafens iboende fysiske egenskaber gør det svært at slukke for strømmen."

Dr. Moktadir opdagede, at ved at introducere geometriske singulariteter (såsom skarpe bøjninger og hjørner) i tolags grafen nanotråde, strømmen kunne afbrydes effektivt.

Ifølge professor Hiroshi Mizuta, Leder af Nano-gruppen, denne tekniske tilgang har opnået et tænd/sluk-forhold på 1, 000 gange højere end tidligere forsøg.

"Der er gjort en enorm indsats over hele verden for at knibe GFET-kanalen af ​​elektrostatisk, men de eksisterende tilgange kræver, at enten kanalbredden er meget smallere end 10 nanometer eller en meget høj spænding, der skal påføres lodret på tværs af tolags grafenlag, " han siger.

"Dette har ikke opnået et tænd/sluk-forhold, der er højt nok, og er ikke levedygtig til praktisk brug."

Dr. Moktadir udviklede denne transistor ved hjælp af det nye helium-ion-strålemikroskop og et fokuseret gallium-ion-strålesystem i Southampton Nanofabrication Centre, som har nogle af de bedste nanofabrikationsfaciliteter i verden.

"Dette er et gennembrud i den igangværende søgen efter at udvikle avancerede transistorer, efterhånden som vi går videre end vores nuværende CMOS-teknologi, " siger professor Harvey Rutt, Leder af elektronik og datalogi.

"Det vil få store konsekvenser for næste generation af computere, kommunikation og elektroniske systemer. Introduktion af geometriske singulariteter i grafenkanalen er et nyt koncept, som opnår overlegen ydeevne, samtidig med at GFET-strukturen holdes enkel og derfor kommercielt udnyttelig."

Efter at have skabt transistoren, Dr. Moktadir foretager nu yderligere forskning for at forstå mekanismen, der får strømmen til at stoppe med at flyde i kanalen, tester dens pålidelighed og ydeevne under forskellige støj- og temperaturforhold.