Реклама

Створено гнучкий графеновий транзистор з ефектом тунелювання електронів

( 4 Голосів, Всередньому: 4.50 із 5 )
Friday, 25 January 2013

графеновий транзисторАбсолютно новий тип транзистора, структура якого заснована на використанні графену, дозволяє електронам переміщатися одночасно двома способами, проходячи крізь потенційний бар'єр і "перестрибуючи" через нього за рахунок ефекту тунелювання. Така подвійна природа нового транзистора дозволяє йому працювати на дуже високих тактових частотах, роблячи його найбільш високопродуктивним графеновим транзистором серед усіх подібних транзисторів, створених коли-небудь людьми.

Крім цього такі транзистори без особливих труднощів можна наносити на гнучкі і прозорі підкладки, що дозволить створювати гнучкі електронні пристрої нового покоління, які можуть працювати на більш високих швидкостях, ніж сучасні кремнієві пристрої, виготовлені по CMOS-технології.

Дослідники з Манчестерського університету у Великобританії, які розробили структуру нового транзистора, виготовили і провели випробування дослідних зразків, опублікували результати своїх досліджень у журналі "Nature Nanotechnology". Згідно опублікованій вченими інформації, структура переважної більшості всіх створених раніше графенових транзисторів являє собою багатошаровий "бутерброд", у якому зовнішні графенові плівки чергуються з внутрішніми надтонкими шарами з різних матеріалів. У даному випадку в якості матеріалу середнього шару дослідники використали двовимірний лист дисульфіду вольфраму (WS2), який став бар'єром, товщиною в один атом, який розділяє два шари графену.

графеновий транзистор

Одна з основних переваг використання дисульфіду вольфраму полягає у тому, що цей матеріал, на відміну від інших матеріалів, дозволяє електронам проходити крізь бар'єр як класичним способом, так і за рахунок ефекту тунелювання, тобто просто перескакувати через бар'єр. При цьому, для перетину електроном бар'єру за допомогою ефекту тунелювання потрібно затратити набагато меншу кількість енергії, ніж при подоланні його звичайним способом.

За рахунок присутності двох різних способів подолання електронами бар'єру нового транзистора керування станом транзистора проводиться методом, який кардинально відрізняється від методу керування звичайними транзисторами. Для того щоб звичайний транзистор відкрився потрібно подати позитивний електричний потенціал на керуючий електрод, затвор. З цієї точки зору управління новим графеновим транзистором здійснюється точно так само, присутність позитивного потенціалу знижує висоту тунельного бар'єру. Щоб звичайний транзистор перейшов у закритий стан, потрібно зняти потенціал з керуючого електрода. Новому графеновому транзистору для його переведення у надійно закритий стан потрібно подати на затвор негативний електричний потенціал, який збільшує висоту бар'єру тунелювання настільки, що лише деякі електрони залишаються здатними його подолати.

Для того щоб домогтися високої частоти перемикання транзистора дослідники використали у своїх інтересах залежність тунельного струму від прикладеної напруги і напруги на керуючому електроді. При низькій напрузі і при низькій температурі транзистора, тунельний струм пропорційний напрузі, але при більш високій температурі термоелектронний струм зростає по експоненті від прикладеної напруги. Це забезпечує новому транзистору можливість переходити у певних точках його вольт-амперної характеристики з одного виду переносу електричного заряду на інший і назад. А це, у свою чергу, дозволяє значно збільшити швидкість перемикання транзистора.

Проведені випробування дослідних зразків нових транзисторів показали, що співвідношення струму у вимкненому і ввімкненому станах становить 1 до 106 при кімнатній температурі, що робить його конкурентоспроможним не лише з іншими графеновими транзисторами, але і кремнієвими транзисторами, виготовленими по CMOS-технології. А оскільки новий транзистор має товщину всього у кілька атомних шарів, він може без втрати функціональності витримувати сильний вигин і деформацію, що робить його незамінною річчю у справі створення гнучких і прозорих електронних пристроїв майбутнього.

 

 

Джерело: InfoNova.org.ua

За матерілами: dailytechinfo.org