Snabbare arkitekturer för elektroniska apparater är på väg att presentera världens första helt tvådimensionella fälteffekttransistor (FET) av forskare vid Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab). Till skillnad från konventionella FET:er gjorda av kisel, dessa 2D FET:er saknar prestandaförlust under höga spänningar och ger hög elektronmobilitet, även när den skalas till ett monoskikt i tjocklek.

Ali Javey, en fakultetsvetare vid Berkeley Labs materialvetenskapsavdelning och en UC Berkeley professor i elektroteknik och datavetenskap, ledde denna forskning där 2D -heterostrukturer tillverkades av lager av en övergångsmetall -dikalkogenid, sexkantiga bornitrid och grafen staplade via van der Waals -interaktioner.

"Vårt arbete representerar en viktig språngbräda mot förverkligandet av en ny klass av elektroniska enheter där gränssnitt baserade på van der Waals interaktioner snarare än kovalent bindning ger en oöverträffad grad av kontroll inom materialteknik och utforskning av enheter, "Javey säger." Resultaten visar löftet att använda ett system med alla lager för framtida elektroniska applikationer. "

Javey är motsvarande författare till ett papper som beskriver denna forskning i ACS Nano med titeln "Fälteffekttransistorer byggda av alla tvådimensionella materialkomponenter". Medförfattare är Tania Roy, Mahmut Tosun, Jeong Seuk Kang, Angada Sachid, Sujay Desai, Mark Hettick och Chenming Hu.

FET, så kallad eftersom en elektrisk signal som skickas genom en elektrod skapar en elektrisk ström i hela enheten, är en av pelarna i elektronikindustrin, allestädes närvarande på datorer, mobiltelefoner, tabletter, kuddar och praktiskt taget alla andra elektroniska apparater som används ofta. Alla FET består av gate, käll- och dräneringselektroder anslutna med en kanal genom vilken en laddningsbärare - antingen elektroner eller hål - strömmar. Missförhållanden mellan kristallstrukturen och atomgitterna i dessa enskilda komponenter resulterar i grova ytor - ofta med dinglande kemiska bindningar - som försämrar laddningsbärarens rörlighet, särskilt vid höga elektriska fält.

"Vid konstruktionen av våra 2D FET så att varje komponent är tillverkad av skiktade material med van der Waals gränssnitt, vi tillhandahåller en unik enhetsstruktur där tjockleken på varje komponent är väldefinierad utan ytjämnhet, inte ens på atomnivå, "Säger Javey." Van der Waals bindning av gränssnitten och användningen av en flerstegsöverföringsprocess utgör en plattform för att göra komplexa enheter baserade på kristallina skikt utan begränsningar av gitterparametrar som ofta begränsar tillväxten och prestanda för konventionell heterojunction material. "

Javey och hans team tillverkade sina 2D FET med hjälp av övergångsmetallen dikalkogenid molybden disulfid som den elektronbärande kanalen, sexkantig bornitrid som grindisolator, och grafen som källa, avlopps- och grindelektroder. Alla dessa beståndsdelar är enkristaller som hålls samman av van der Waals -bindning.

För 2D FET som produceras i denna studie, mekanisk peeling användes för att skapa de skiktade komponenterna. I framtiden, Javey och hans team kommer att undersöka odling av dessa heterogena lager direkt på ett underlag. De kommer också att se ut att skala ner tjockleken på enskilda komponenter till ett monoskikt och kanalernas längder till molekylära dimensioner.