2D -transistorer lover en hurtigere elektronikfremtid

Hurtigere arkitekturer for elektroniske enheder er på vej med afsløringen af ​​verdens første helt todimensionale felt-effekt-transistor (FET) af forskere fra Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab). I modsætning til konventionelle FET'er fremstillet af silicium, disse 2D FET'er lider ikke af ydeevne under høje spændinger og giver høj elektronmobilitet, selv når den skaleres til et monolag i tykkelse.

Ali Javey, en fakultetsforsker i Berkeley Labs Materials Sciences Division og en UC Berkeley professor i elektroteknik og datalogi, ledet denne forskning, hvor 2D heterostrukturer blev fremstillet af lag af et overgangsmetal -dichalcogenid, sekskantet bornitrid og grafen stablet via van der Waals -interaktioner.

"Vores arbejde repræsenterer et vigtigt springbræt i retning af realiseringen af ​​en ny klasse af elektroniske enheder, hvor grænseflader baseret på van der Waals interaktioner frem for kovalent binding giver en hidtil uset grad af kontrol inden for materialeteknik og udforskning af enheder, "Javey siger." Resultaterne viser løftet om at bruge et materialelag i alle lag til fremtidige elektroniske applikationer. "

Javey er den tilsvarende forfatter til et papir, der beskriver denne forskning i ACS Nano med titlen "Field-Effect Transistors bygget af alle todimensionale materialekomponenter". Medforfattere er Tania Roy, Mahmut Tosun, Jeong Seuk Kang, Angada Sachid, Sujay Desai, Mark Hettick og Chenming Hu.

FET'er, såkaldt, fordi et elektrisk signal sendt gennem en elektrode skaber en elektrisk strøm i hele enheden, er en af ​​søjlerne i elektronikindustrien, allestedsnærværende på computere, mobiltelefoner, tabletter, puder og stort set alle andre meget udbredte elektroniske enheder. Alle FET'er består af gate, kilde- og afløbselektroder forbundet med en kanal, gennem hvilken en ladningsbærer - enten elektroner eller huller - strømmer. Uoverensstemmelser mellem krystalstrukturen og atomgitterne i disse individuelle komponenter resulterer i ru overflader - ofte med dinglende kemiske bindinger - der forringer ladningsbærermobilitet, især ved høje elektriske felter.

"Ved konstruktionen af ​​vores 2D FET'er, så hver komponent er fremstillet af lagdelte materialer med van der Waals -grænseflader, vi leverer en unik enhedskonstruktion, hvor tykkelsen af ​​hver komponent er veldefineret uden overfladeruhed, ikke engang på atomniveau, "Javey siger." Van der Waals limning af grænsefladerne og brugen af ​​en flertrinsoverførselsproces er en platform til fremstilling af komplekse enheder baseret på krystallinske lag uden begrænsninger af gitterparametre, der ofte begrænser væksten og ydeevnen af ​​konventionel heterojunction materialer. "

Javey og hans team fremstillede deres 2D FET'er ved hjælp af overgangsmetal dichalcogenid molybdendisulfid som elektronbærende kanal, sekskantet bornitrid som portisolator, og grafen som kilde, dræn- og portelektroder. Alle disse bestanddele er enkeltkrystaller holdt sammen af ​​van der Waals binding.

For 2D FET'er produceret i denne undersøgelse, mekanisk eksfoliering blev brugt til at skabe de lagdelte komponenter. I fremtiden, Javey og hans team vil undersøge dyrkning af disse heterogene lag direkte på et underlag. De vil også se på at nedskalere tykkelsen af ​​individuelle komponenter til et enkeltlag og kanalernes længder til molekylære mål.