(Phys.org)—En ny grafenbaserad transistor där elektroner rör sig både över en barriär och under den (genom tunnling) har uppvisat en av de högsta prestanda av grafenbaserade transistorer hittills. Kombinationen av de två transporttyperna gör det möjligt för transistorn att uppnå en stor skillnad mellan dess på och av tillstånd, ger det ett högt på/av -förhållande, vilket hittills varit svårt att uppnå i grafenbaserade transistorer. Med denna fördel, förutom dess förmåga att arbeta på transparenta och flexibla underlag, den nya transistorn skulle kunna spela en roll i post-CMOS-enheter som förväntas kunna beräkna med mycket högre hastigheter än dagens enheter.

Forskarna från University of Manchester i Storbritannien, som designade den nya grafenbaserade transistorn, har publicerat sin studie om enheten i ett nyligen utgåva av Naturens nanoteknik .

Som forskarna förklarar i sin studie, andra grafenbaserade transistorer har tidigare visats, många av dem har en sandwichstruktur med atomtjocka ark av grafen som bildar de yttre skikten och ett annat ultratunt material som bildar mittskiktet. Detta mellanskikt kan bestå av många möjliga material. I den aktuella studien, forskarna använde tvådimensionell volframdisulfid (WS ₂ ) som mittskikt, som fungerade som en atomärt tunn barriär mellan de två lagren av grafen.

Den största fördelen med att använda WS ₂ jämfört med de flesta andra barriärmaterial är att WS ₂ kemiska egenskaper tillåter elektroner att korsa antingen genom att gå över barriären, som vid termionisk transport, eller under den, som i tunnling. I avstängt tillstånd, väldigt få elektroner kan passera barriären med någon av transportmetoderna, men de kan korsa med en eller båda metoderna i tillståndet.

Växling mellan de två tillstånden innebär att transistorns grindspänning ändras. En negativ grindspänning skapar avstängt tillstånd, eftersom det ökar tunnelbarriärens höjd så att få elektroner kan passera barriären. En positiv gate-spänning växlar transistorn till påslaget läge genom att minska tunnelbarriärens höjd och - om temperaturen är tillräckligt hög - tillåter även termionström över barriären.

För att göra på/av-förhållandet så högt som möjligt, forskarna utnyttjade hur tunnelflödeströmmens beroende av spänningsförändringar för olika spänningsnivåer är. Vid låga spänningar och låga temperaturer, tunnelströmmen varierar linjärt med spänningen, men växer sedan exponentiellt med spänningen vid högre spänningar. Vid denna tidpunkt, termionström blir den dominerande transportmekanismen.

Genom att använda denna information till sin fördel, forskarna kunde ställa in transistorn för att uppnå ett av/på -förhållande som överstiger 1 x 10 ⁶ vid rumstemperatur, som är konkurrenskraftig med de bästa grafenbaserade transistorerna med något barriärmaterial. Vidare, denna prestandanivå uppfyller kraven för att vara kandidat för nästa generations elektroniska enheter efter CMOS. Eftersom den nya transistorn bara är några få atomskikt tjock, den bör kunna tolerera böjning och kan ha potentiella tillämpningar i framtiden flexibel, transparenta elektroniska enheter.

Copyright 2013 Phys.org
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivet eller omfördelat helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från Phys.org.