Från vänster till höger, doktorander Yutong Guo och Anindita Chakravarty arbetar i Huamin Li's labb, biträdande professor i elektroteknik. Kredit:Douglas Levere, Universitetet i Buffalo.
University at Buffalo forskare rapporterar en ny, tvådimensionell transistor gjord av grafen och föreningen molybdendisulfid som kan hjälpa till att inleda en ny era av datoranvändning.
Som beskrivs i ett dokument som accepterades vid 2020 IEEE International Electron Devices Meeting, som äger rum nästan nästa vecka, transistorn kräver halva spänningen av nuvarande halvledare. Den har också en strömtäthet som är större än liknande transistorer under utveckling.
Denna förmåga att arbeta med mindre spänning och hantera mer ström är nyckeln för att möta efterfrågan på nya kraftkrävande nanoelektroniska enheter, inklusive kvantdatorer.
"Ny teknik behövs för att utöka prestandan hos elektroniska system när det gäller kraft, fart, och densitet. Denna nästa generations transistor kan snabbt växla samtidigt som den förbrukar låga mängder energi, " säger tidningens huvudförfattare, Huamin Li, Ph.D., biträdande professor i elektroteknik vid UB School of Engineering and Applied Sciences (SEAS).
Transistorn består av ett enda lager grafen och ett enda lager av molybdendisulfid, eller MoS2, som är en del av en grupp föreningar som kallas övergångsmetaller kalkogenider. Grafen och MoS2 är staplade tillsammans, och enhetens totala tjocklek är ungefär 1 nanometer - för jämförelse, ett pappersark är cirka 100, 000 nanometer.
En illustration av transistorn som visar grafen (svarta hexagoner) och molybdendisulfid (blå och gul skiktad struktur) bland andra komponenter. Kredit:University at Buffalo. Kredit:University at Buffalo
Medan de flesta transistorer kräver 60 millivolt för ett decennium av förändringar i ström, den här nya enheten fungerar på 29 millivolt.
Det kan göra detta eftersom de unika fysikaliska egenskaperna hos grafen håller elektronerna "kalla" när de injiceras från grafenet i MoS2-kanalen. Denna process kallas Dirac-källa-injektion. Elektronerna anses vara "kalla" eftersom de kräver mycket mindre spänningsingång och, Således, minskad strömförbrukning för att driva transistorn.
En ännu viktigare egenskap hos transistorn, Li säger, är dess förmåga att hantera en större strömtäthet jämfört med konventionell transistorteknologi baserad på 2-D eller 3-D kanalmaterial. Som beskrivs i studien, transistorn klarar 4 mikroampere per mikrometer.
"Transistorn illustrerar den enorma potentialen för 2D-halvledare och deras förmåga att inleda energieffektiva nanoelektroniska enheter. Detta kan i slutändan leda till framsteg inom kvantforskning och utveckling, och hjälpa till att utöka Moores lag, " säger co-lead författare Fei Yao, Ph.D., biträdande professor vid institutionen för materialdesign och innovation, ett gemensamt program för SEAS och UB:s College of Arts of Sciences.
