Transistorns struktur och egenskaper för fälteffekttransistorn med tvärgående tunnel. Kredit:Xiong et al.
Forskare vid den kinesiska vetenskapsakademin har nyligen tillverkat en transversal tunnlingsfälteffekttransistor. Detta är en halvledarenhet som kan användas för att förstärka eller byta elektrisk kraft eller signaler, fungerar genom ett fenomen som kallas kvanttunneling. Den nya transistorn, presenteras i en tidning publicerad i Naturelektronik , byggdes med en van der Waals heterostruktur, ett material med atomärt tunna lager som inte blandas med varandra, men är istället kopplade via van der Waals-interaktioner.
Tunnelfälteffekttransistorer är en experimentell typ av halvledarenhet som fungerar via en mekanism som kallas band-till-band tunneling (BTBT). Dessa transistorer har ett brett utbud av applikationer, till exempel, i utvecklingen av radiofrekvensoscillatorer (RF) eller minneskomponenter för elektroniska enheter.
I dessa enheter, transportörer (dvs. partiklar som bär en elektrisk laddning) tunnlar vanligtvis genom en barriär, på väg i samma riktning som den totala utströmmen. Strömmen i denna tunnel bidrar direkt till enhetens totala ström.
För att fungera mest effektivt, Dessa enheter bör helst byggas med högkvalitativa gränssnitt och skarpa energibandkanter. Tvådimensionella van der Waals heterostrukturer kan således vara optimala kandidater för deras tillverkning, eftersom forskare enkelt kan stapla olika material ovanpå varandra, vilket resulterar i högkvalitativa gränssnitt och skarpa bandkanter.
För att möjliggöra hög tunneleffektivitet i halvledarenheter, forskare måste kunna ställa in densiteten av tillstånd med Fermi-nivåanpassning och bevara momentum från källan till slut i momentumrummet, utan att involvera fononer. Forskarna som genomförde den senaste studien medverkade i Naturelektronik fann att användningen av 2-D svart fosfor (BP) tillät dem att göra båda dessa saker.
"Tunnelenheter som uppvisar negativt differentialmotstånd följer vanligtvis en driftsprincip där tunnelströmmen bidrar direkt till drivströmmen, " skrev forskarna i sin uppsats. "Här, vi rapporterar en tunnlingsfälteffekttransistor gjord av svart fosfor/Al 2 O 3 /black phosphorus van der Waals heterostruktur där tunnelströmmen är i tvärriktningen med avseende på drivströmmen."
I den tvärgående tunnelformade fälttransistorn skapad av detta team av forskare, tunnelströmmen kan framkalla en drastisk förändring i utströmmen via en elektrostatisk effekt. Detta tillåter slutligen enheten att uppnå ett avstämbart negativt differentialmotstånd med ett topp-till-dalförhållande (PVR) på över 100 vid rumstemperatur.
"Vår enhet uppvisar också abrupt växling, med en kroppsfaktor (den relativa förändringen i gate-spänningen med avseende på ytpotentialens) som är en tiondel av Boltzmann-gränsen för konventionella transistorer över ett brett temperaturområde, " skrev forskarna i sin uppsats.
Detta team av forskare vid den kinesiska vetenskapsakademin demonstrerade möjligheten att tillverka högeffektiva tunneltransistorer med fälteffekt med en vertikal van der Waals-heterostruktur innehållande BP. I framtiden, den nya enheten kan integreras i ett antal elektronik, potentiellt förbättra prestandan hos radiofrekvensoscillatorer eller flervärdiga logiska tillämpningar.
© 2020 Science X Network
