En nanotransistor lavet af grafen -nanoribbons

Grafenbånd, der kun er få atomer brede, såkaldte grafen-nanoribbons, har særlige elektriske egenskaber, der gør dem lovende kandidater til fremtidens nanoelektronik. Mens grafen, et endimensionalt kulstoflag, er et ledende materiale, det kan blive en halvleder i form af nanoribbons. Det betyder, at den har en tilstrækkelig stor energi eller båndgab, hvor der ikke kan eksistere elektrontilstande - den kan tændes og slukkes, og kan dermed blive en nøglekomponent i nanotransistorer.

De mindste detaljer i atomstrukturen af ​​disse grafenbånd, imidlertid, have massive virkninger på størrelsen af ​​energigabet, og dermed om, hvor velegnede nanoribbons er som komponenter i transistorer. På den ene side, afstanden afhænger af bredden af ​​grafenbåndene, mens det på den anden side afhænger af kanternes struktur. Da grafen består af ligesidet kulstof -sekskanter, grænsen kan have en zigzag eller en såkaldt lænestolform, afhængigt af båndenes orientering. Mens bånd med en zigzagkant opfører sig som metaller, dvs. de er ledende, de bliver halvledere med lænestolskanten.

Dette udgør en stor udfordring for produktionen af ​​nanoribbons. Hvis båndene klippes fra et lag grafen eller fremstilles ved at skære carbon nanorør, kanterne kan være uregelmæssige, og dermed, grafenbåndene viser muligvis ikke de ønskede elektriske egenskaber.

Oprettelse af en halvleder med ni atomer

Empa -forskere i samarbejde med Max Planck Institute for Polymer Research i Mainz og University of California i Berkeley er nu lykkedes med at dyrke bånd nøjagtig ni atomer brede med en regelmæssig lænestolskant fra forstadiemolekyler. De specielt fremstillede molekyler fordampes i et ultrahøjt vakuum til dette formål. Efter flere procestrin, de kombineres som puslespilstykker på en guldbase for at danne de ønskede nanoribbons på cirka en nanometer i bredden og op til 50 nanometer i længden.

Disse strukturer, som kun kan ses med et scannende tunnelmikroskop, nu har et relativt stort og præcist defineret energigab. Dette gjorde det muligt for forskerne at gå et skridt videre og integrere grafenbåndene i nanotransistorer. I første omgang, imidlertid, de første forsøg var ikke særlig vellykkede. Målinger viste, at forskellen i strømmen mellem "ON" -tilstanden (dvs. med påført spænding) og "OFF" -tilstanden (uden påført spænding) var alt for lille. Problemet var det dielektriske lag af siliciumoxid, der forbinder de halvledende lag med den elektriske kontaktkontakt. For at få de ønskede egenskaber, den skulle være 50 nanometer tyk, hvilken, på tur, påvirket elektronernes adfærd.

Imidlertid, det lykkedes forskerne efterfølgende at massivt reducere dette lag ved at bruge hafniumoxid (HfO2) i stedet for siliciumoxid som dielektrisk materiale. Derfor, laget er nu kun 1,5 nanometer tyndt og "on" -strømmen er størrelsesordener højere.

Et andet problem var inkorporering af grafenbånd i transistoren. I fremtiden, båndene skal ikke længere være krydset på transistorsubstratet, men snarere justeret nøjagtigt langs transistorkanalen. Dette ville reducere det i øjeblikket høje niveau af ikke-fungerende nanotransistorer.