Atom-tynd transistor bruger halvdelen af ​​spændingen af ​​almindelige halvledere, øger strømtætheden

University at Buffalo forskere rapporterer en ny, todimensionel transistor lavet af grafen og forbindelsen molybdændisulfid, der kunne hjælpe med at indlede en ny æra inden for databehandling.

Som beskrevet i et papir, der blev accepteret på 2020 IEEE International Electron Devices Meeting, som finder sted næsten i næste uge, transistoren kræver halvdelen af ​​spændingen af ​​nuværende halvledere. Den har også en strømtæthed, der er større end tilsvarende transistorer under udvikling.

Denne evne til at fungere med mindre spænding og håndtere mere strøm er nøglen til at imødekomme efterspørgslen efter nye strømkrævende nanoelektroniske enheder, herunder kvantecomputere.

"Nye teknologier er nødvendige for at udvide ydeevnen af ​​elektroniske systemer med hensyn til strøm, hastighed, og tæthed. Denne næste generations transistor kan hurtigt skifte, mens den bruger lave mængder energi, " siger avisens hovedforfatter, Huamin Li, Ph.d., adjunkt i elektroteknik ved UB School of Engineering and Applied Sciences (SEAS).

Transistoren er sammensat af et enkelt lag grafen og et enkelt lag molybdændisulfid, eller MoS2, som er en del af en gruppe af forbindelser kendt som overgangsmetaller chalcogenider. Grafen og MoS2 er stablet sammen, og den samlede tykkelse af enheden er omkring 1 nanometer - til sammenligning, et ark papir er omkring 100, 000 nanometer.

Mens de fleste transistorer kræver 60 millivolt for et årti med ændring i strøm, denne nye enhed fungerer ved 29 millivolt.

Det er i stand til at gøre dette, fordi grafenens unikke fysiske egenskaber holder elektronerne "kolde", når de sprøjtes fra grafenen ind i MoS2-kanalen. Denne proces kaldes Dirac-kildeinjektion. Elektronerne betragtes som "kolde", fordi de kræver meget mindre spændingsinput og, dermed, reduceret strømforbrug til at betjene transistoren.

En endnu vigtigere egenskab ved transistoren, Li siger, er dens evne til at håndtere en større strømtæthed sammenlignet med konventionelle transistorteknologier baseret på 2-D eller 3-D kanalmaterialer. Som beskrevet i undersøgelsen, transistoren kan klare 4 mikroampere pr. mikrometer.

"Transistoren illustrerer det enorme potentiale for 2D-halvledere og deres evne til at indvarsle energieffektive nanoelektroniske enheder. Dette kan i sidste ende føre til fremskridt inden for kvanteforskning og -udvikling, og hjælpe med at udvide Moores lov, " siger medforfatter Fei Yao, Ph.d., adjunkt ved Institut for Materialedesign og Innovation, et fælles program for SEAS og UB's College of Arts of Sciences.