Innovation er et skridt i retning af digitale grafentransistorer

Forskere gør fremskridt med at skabe digitale transistorer ved hjælp af et materiale kaldet grafen, muligvis omgå en forhindring, der menes at dramatisk begrænse materialets brug i computere og forbrugerelektronik.

Grafen er et et-atom-tykt lag af kulstof, der leder elektricitet med lidt modstand eller varmeudvikling. Efter opdagelsen i 2004 - som fik en nobelpris i fysik - blev den udråbt som en potentiel erstatning for silicium, muligvis fører til ultrahurtige enheder med forenklede kredsløb, der kan være billigere at fremstille.

Imidlertid, grafens glans er kedelig i de seneste år for digitale applikationer, da forskere har opdaget, at det ikke har noget "båndgab, "en egenskab, der er nødvendig for at tænde og slukke, hvilket er afgørende for digitale transistorer.

"Det faktum, at grafen fra naturens side er et nulbåndsmateriale, har rejst mange spørgsmål med hensyn til dets anvendelighed til digitale applikationer, "sagde Purdue-doktorand Hong-Yan Chen.

Elektroner i halvledere som silicium findes på to energiniveauer, kendt som valens- og ledningsbåndene. Energigabet mellem disse to niveauer kaldes båndgabet. Ved at have det korrekte båndgab kan transistorer tænde og slukke, som gør det muligt for digitale kredsløb at gemme information i binær kode bestående af sekvenser af enere og nuller.

Chen har ledet et team af forskere i at skabe en ny type grafenomformer, en kritisk byggesten for digitale transistorer. Andre forskere har skabt grafenomformere, men de skulle opereres ved 77 grader Kelvin, som er minus 196 Celsius (minus 320 Fahrenheit).

"Hvis grafen kunne bruges i digitale applikationer, det ville være virkelig vigtigt, "sagde Chen, der arbejder med Joerg Appenzeller, en professor i elektrisk og computerteknik og videnskabelig direktør for nanoelektronik ved Purdues Birck Nanotechnology Center.

Purdue -forskerne er de første til at oprette grafenomformere, der arbejder ved stuetemperatur og har en gevinst større end en, et grundlæggende krav til digital elektronik, der gør det muligt for transistorer at forstærke signaler og styre dets skift fra 0 til 1.

Fundene blev beskrevet detaljeret i et papir, "Komplementær type grafenomformere, der arbejder ved stuetemperatur, "præsenteret i juni under Device Research Conference i 2011 i Santa Barbara, Californien.

Hidtil har grafen -transistorer kun været praktiske til specialiserede applikationer, såsom forstærkere til mobiltelefoner og militære systemer. Imidlertid, de nye invertere repræsenterer et skridt i retning af at lære at bruge materialet til at skabe grafentransistorer til bredere digitale applikationer, der omfatter computere og forbrugerelektronik.

For at oprette elektroniske enheder, silicium er imprægneret med urenheder for at ændre dets halvledende egenskaber. Sådan "doping" er ikke let anvendelig for grafen. Imidlertid, forskerne har potentielt løst dette problem ved at udvikle "elektrostatisk doping, "hvilket gør det muligt for grafenomformere at efterligne egenskaberne ved siliciumomformere.

Elektrostatisk doping induceres gennem det elektriske felt mellem metalporte, som er placeret 40 nanometer væk fra grafenkanaler. Dopingen kan ændres ved at variere spændingen, gør det muligt for forskere at teste specifikke dopingniveauer.

"Dette giver os mulighed for at finde det søde sted for betjening af enheden, "Sagde Chen.

Yderligere arbejde vil være nødvendigt for at integrere prototypen i et fungerende grafenkredsløb til digitale applikationer.