To-dimensionelle atom-flade transistorer viser løfte om næste generations grøn elektronik

Forskere ved UC Santa Barbara, i samarbejde med University of Notre Dame, for nylig har vist den højeste rapporterede drivstrøm på en transistor fremstillet af et enkeltlag wolframdiselenid (WSe2), en 2-dimensionel atomkrystal kategoriseret som et overgangsmetaldichalcogenid (TMD). Opdagelsen er også den første demonstration af en "n-type" WSe2 felt-effekt-transistor (FET), viser dette materiales enorme potentiale for fremtidige integrerede kredsløb med lav effekt og højtydende.

Monolag WSe2 ligner grafen, idet den har en sekskantet atomstruktur og stammer fra dens lagdelte bulkform, hvor tilstødende lag holdes sammen af ​​relativt svage Van der Waals -kræfter. Imidlertid, WSe2 har en vigtig fordel i forhold til grafen.

"Ud over sine atomisk glatte overflader, den har et betydeligt båndgab på 1,6 eV, "forklarede Kaustav Banerjee, professor i el- og computerteknik og direktør for Nanoelectronics Research Lab ved UCSB. Banerjees forskerhold omfatter også UCSB -forskere Wei Liu, Jiahao Kang, Deblina Sarkar, Yasin Khatami og professor Debdeep Jena fra Notre Dame. Deres undersøgelse blev offentliggjort i maj 2013 -udgaven af Nano bogstaver .

"Der er en stigende verdensomspændende interesse for disse 2D -krystaller på grund af de mange muligheder, de rummer for den næste generation af integreret elektronik, optoelektronik og sensorer, "kommenterede professor Pulickel Ajayan, Anderson Professor of Engineering ved Rice University og en verdenskendt autoritet om nanomaterialer. "Dette resultat er meget imponerende og et resultat af den detaljerede forståelse af den fysiske karakter af kontakterne til disse 2D -krystaller, som Santa Barbara -gruppen har udviklet."

"At forstå arten af ​​metal-TMD-grænsefladerne var nøglen til vores vellykkede transistordesign og demonstration, "forklarede Banerjee. Banerjees gruppe var banebrydende i en metode ved hjælp af ab-initio Density Functional Theory (DFT), der fastlagde de nøglekriterier, der er nødvendige for at evaluere sådanne grænseflader, hvilket fører til de bedst mulige kontakter til monolags TMD'erne.

DFT -teknikken blev banebrydende af UCSB professor emeritus i fysik Dr. Walter Kohn, hvortil han blev tildelt Nobelprisen i kemi i 1998. "På et møde for nylig med professor Kohn, vi diskuterede, hvordan denne relativt nye klasse af halvledere nyder godt af et af hans skelsættende bidrag, "sagde Banerjee.

Wei Liu, en postdoktoral forsker i Banerjees gruppe og medforfatter af undersøgelsen, forklaret, "Styret af den kontaktevalueringsmetode, vi har udviklet, vores transistorer opnåede ON -strømme så høje som 210 uA/um, som er den hidtil højeste rapporterede værdi af drivstrøm på et monolags TMD -baseret FET. "De kunne også opnå mobilitet på 142 cm2/V.s, som er den højeste rapporterede værdi for ethvert back-gated monolayer TMD FET.

"DFT -simuleringer giver kritisk indsigt i de forskellige faktorer, der effektivt bestemmer kvaliteten af ​​grænsefladerne til disse 2D -materialer, hvilket er nødvendigt for at opnå lave kontaktmodstande. "tilføjede Jiahao Kang, en ph.d.-studerende i Banerjees gruppe og medforfatter af undersøgelsen.

"Nanoelektronik og energieffektiv computingteknologi er centrale forskningsområder ved UCSB, felter, hvor vores fakultetsmedlemmer er kendt for deres præstationer. Med disse resultater, Professor Banerjees team fortsætter med at yde vigtige forskningsbidrag til næste generations elektronik, "kommenterede Rod Alferness, Dekan for Ingeniørhøjskolen ved UCSB.