Grafenbaseret transistor ses som kandidat til post-CMOS-teknologi

(Phys.org) – En ny grafenbaseret transistor, hvor elektroner bevæger sig både over en barriere og under den (ved tunnelering) har udvist en af ​​de højeste præstationer af grafenbaserede transistorer til dato. Kombinationen af ​​de to transporttyper gør det muligt for transistoren at opnå en stor forskel mellem dens tændte og slukkede tilstande, giver det et højt on/off -forhold, hvilket hidtil har været svært at opnå i grafenbaserede transistorer. Med denne fordel, ud over dets evne til at operere på transparente og fleksible underlag, den nye transistor kunne spille en rolle i post-CMOS-enheder, der forventes at kunne beregne ved meget hurtigere hastigheder end nutidens enheder.

Forskerne fra University of Manchester i Storbritannien, hvem designede den nye grafenbaserede transistor, har offentliggjort deres undersøgelse om enheden i et nyligt nummer af Natur nanoteknologi .

Som forskerne forklarer i deres undersøgelse, andre grafenbaserede transistorer er tidligere blevet påvist, hvoraf mange har en sandwichstruktur med atomtykke plader af grafen, der danner de ydre lag, og et andet ultratyndt materiale, der danner mellemlaget. Dette mellemlag kan bestå af mange mulige materialer. I den aktuelle undersøgelse, forskerne brugte todimensionalt wolframdisulfid (WS ₂ ) som mellemlag, som fungerede som en atomisk tynd barriere mellem de to lag af grafen.

Den største fordel ved at bruge WS ₂ sammenlignet med de fleste andre barrierematerialer er, at WS ₂ 's kemiske egenskaber tillader elektroner at krydse enten ved at gå over barrieren, som i termionisk transport, eller under det, som ved tunnelering. I slukket tilstand, meget få elektroner kan krydse barrieren ved begge transportmetoder, men de kan krydse af en eller begge metoder i tændt tilstand.

Skift mellem de to tilstande indebærer ændring af transistorens portspænding. En negativ gate-spænding skaber den slukkede tilstand, da det øger tunnelbarrierens højde, så få elektroner kan krydse barrieren. En positiv portspænding skifter transistoren til tændt tilstand ved at reducere højden på tunnelleringsbarrieren og-hvis temperaturen er høj nok-tillader også overbarriere termionisk strøm.

For at gøre tænd/sluk-forholdet så højt som muligt, forskerne udnyttede den måde, hvorpå tunnelstrømmens afhængighed af spændingen ændrer sig for forskellige spændingsniveauer. Ved lave spændinger og lave temperaturer, tunnelstrømmen varierer lineært med spændingen, men vokser så eksponentielt med spændingen ved højere spændinger. På dette tidspunkt, termionisk strøm bliver den dominerende transportmekanisme.

Ved at bruge disse oplysninger til deres fordel, forskerne kunne tune transistoren for at opnå et tænd/sluk-forhold på mere end 1 x 10 ⁶ ved stuetemperatur, som er konkurrencedygtig med de bedste grafenbaserede transistorer med ethvert barrieremateriale. Desuden, dette niveau af ydeevne opfylder kravene til at være en kandidat til næste generations post-CMOS elektroniske enheder. Fordi den nye transistor kun er få atomlag tyk, det burde kunne tåle bøjning og kunne have potentielle anvendelser i fremtiden fleksible, gennemsigtige elektroniske enheder.

Copyright 2013 Phys.org
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omdistribueret helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra Phys.org.