Фізики розробили прототип мініатюрного транзистора на основі графену

Шведські та німецькі фізики розробили прототип мініатюрного транзистора на основі графену і сполуки кремнію і вуглецю, для роботи якого не потрібні металеві електроди, і опублікували “інструкцію” по збірці такого пристрою в статті в журналі Nature Communications.

Максимальна продуктивність звичайних кремнієвих інтегральних схем та їх графенових “спадкоємців” обмежується так званими струмами витоку – несанкціонованим рухом електронів через транзистори у вимкненому стані. Подальша мініатюризація кремнієвих транзисторів вкрай утруднена через зростання струмів витоку.

Група фізиків під керівництвом Хайко Вебера (Heiko Weber) з університету Фрідріха-Олександра в місті Ерланген (Німеччина) запропонувала свій варіант вирішення цієї проблеми – транзистор на базі графену і карбіду кремнію.

Цей пристрій являє собою аналог звичайного польового транзистора з декількома суттєвими змінами. По-перше, роль металевих електродів у винаході Вебера і його колег грають невеликі смужки графену, сполучені з напівпровідником – карбідом кремнію.

Як відзначають дослідники, функції фрагментів графена залежать від типу з’єднання між ними і вуглецево-кремнієвою підкладкою. Так, якщо між графеном і напівпровідником існує міцна хімічна зв’язок, контакт між ними здатний проводити електричний струм. При відсутності таких зв’язків смужка графена перетворюється в так званий бар’єр Шотткі.

Бар’єром Шотткі називається феномен, що виникає при контакті напівпровідника з пластинкою з деяких металів. Висока електропровідність металу і відносно низька проникність напівпровідника створюють особливий бар’єр на границі контакту, прискорює рух електронів з напівпровідника в метал і перешкоджає зворотному току електрики. Ця властивість широко використовується при створенні випрямлячів струму, діодів і деяких електронних приладів.

Вебер і його колеги скористалися цим ефектом і створили транзистор з двох хімічно пов’язаних смужок графену і одного графенового бар’єру Шотткі. У цьому випадку проводять шматочки графена грали роль входу і виходу транзистора, а бар’єр Шотткі виступав в якості затвора, керуючого провідністю пристрою.

Фізики зібрали експериментальний прототип транзистора і перевірили його роботу при різних температурах і напругах. За їх словами, графеново-карбідний транзистор має досить низькими струмами витоку при кімнатній температурі – відношення сили струму у “включений” і “вимкненому” стані становить 12 тисяч до одного. При зменшенні температури до мінус 53 градусів Цельсія ця пропорція досягає значних 74 тисяч до одного.

Як стверджують вчені, дані транзистори здатні працювати на високих частотах від одного мегагерца і більше. Вебер і його колеги вважають, що поліпшення властивостей графенового бар’єру Шотткі дозволить досягти більш високих частот і допоможе графенової електроніки посунути її кремнієвих конкурентів у майбутньому.

Графен являє собою одиночний шар атомів вуглецю, з’єднаних між собою структурою хімічних зв’язків, що нагадують по своїй геометрії структуру бджолиних сот. Він відрізняється високою міцністю і унікальними електричними властивостями, що робить графен привабливим для використання в різних областях науки і техніки. За створення графена вихідцям з Росії Костянтину Новосьолову і Андрію Гейму була присуджена Нобелівська премія 2010 року з фізики.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *