Forskere bygger en silicium-grafen-germanium-transistor til fremtidig THz-drift

I 1947, den første transistor, en bipolær junction transistor (BJT), blev opfundet i Bell Laboratory og har siden ført til informationsteknologiens tidsalder. I de seneste årtier har der har været et vedvarende behov for højere frekvensdrift for en BJT, fører til opfindelser af nye enheder såsom heterojunction bipolære transistorer (HBT) og varmeelektrontransistorer (HET). HBT'erne har aktiveret terahertz-operationer, men deres afskæringsfrekvens er i sidste ende begrænset af basistransittiden; for HET'erne, kravet om en tynd base uden nålehuller og med en lav basismodstand forårsager normalt vanskeligheder ved materialevalg og fremstilling.

For nylig, forskere har foreslået grafen som basismateriale til transistorer. På grund af atomtykkelsen, grafenbasen er næsten gennemsigtig for elektrontransport, fører til en ubetydelig basistransittid. På samme tid, den bemærkelsesværdigt høje bærermobilitet af grafen vil gavne basismodstanden sammenlignet med et tyndt bulkmateriale. Grafenbaserede transistorer (GBT'er) bruger generelt en tunnelemitter, der udsender en elektron gennem en isolator. Imidlertid, emitterpotentialbarrierehøjden begrænser afskæringsfrekvensen alvorligt. Teoretisk undersøgelse har vist, at en Schottky-emitter kan løse denne potentielle barrierebegrænsning.

Et team af forskere ved Institut for Metalforskning, det kinesiske videnskabsakademi, har bygget den første grafen-baserede transistor med en Schottky-emitter, som er en silicium-grafen-germanium transistor. Ved hjælp af en halvledermembran og grafenoverførsel, holdet stablede tre materialer inklusive en n-type top enkeltkrystal Si-membran, et mellem-enkeltlags grafen (Gr) og et n-type bund-Ge-substrat.

Sammenlignet med de tidligere tunnelemittere, Si-Gr Schottky-emitterens on-strøm viser den maksimale on-current og den mindste kapacitans, fører til en forsinkelsestid på mere end 1, 000 gange kortere. Dermed, alfa-afskæringsfrekvensen for transistoren forventes at stige fra omkring 1 MHz ved at bruge de tidligere tunnel-emittere til over 1 GHz ved at bruge den nuværende Schottky-emitter. THz-drift forventes ved brug af en kompakt model af en ideel enhed. Den elektriske opførsel og fysiske aktivitet af arbejdstransistoren diskuteres detaljeret i det offentliggjorte papir i Naturkommunikation .

Med yderligere ingeniørarbejde, den lodrette halvleder-grafen-halvleder-transistor er lovende til højhastighedsapplikationer i fremtidig 3-D monolitisk integration på grund af fordelene ved atomtykkelse, høj transportørmobilitet, og den høje gennemførlighed af en Schottky-emitter.