Onderzoekers van de Chinese Academie van Wetenschappen hebben onlangs een transversale tunneling-veldeffecttransistor gefabriceerd. Dit is een halfgeleiderapparaat dat kan worden gebruikt om elektrische stroom of signalen te versterken of te schakelen, werken via een fenomeen dat bekend staat als kwantumtunneling. De nieuwe transistor, geïntroduceerd in een paper gepubliceerd in Natuur Elektronica , werd gebouwd met behulp van een van der Waals heterostructuur, een materiaal met atomair dunne lagen die niet met elkaar vermengen, maar zijn in plaats daarvan verbonden via van der Waals-interacties.

Tunnel-veldeffecttransistoren zijn een experimenteel type halfgeleiderapparaat dat werkt via een mechanisme dat bekend staat als band-to-band tunneling (BTBT). Deze transistoren hebben een breed scala aan toepassingen, bijvoorbeeld, bij de ontwikkeling van radiofrequente (RF) oscillatoren of geheugencomponenten voor elektronische apparaten.

Bij deze apparaten vervoerders (d.w.z. deeltjes die een elektrische lading dragen) tunnelen doorgaans door een barrière, in dezelfde richting als de totale uitgangsstroom. De stroom in deze tunnel draagt ​​direct bij aan de totale stroom van het apparaat.

Om het meest effectief te kunnen opereren, deze apparaten moeten idealiter worden gebouwd met hoogwaardige interfaces en scherpe energiebandranden. Tweedimensionale van der Waals-heterostructuren kunnen dus optimale kandidaten zijn voor hun fabricage, omdat onderzoekers gemakkelijk verschillende materialen op elkaar kunnen stapelen, wat resulteert in hoogwaardige interfaces en scherpe bandranden.

Om een ​​hoge tunnelefficiëntie in halfgeleiderapparaten mogelijk te maken, onderzoekers moeten in staat zijn om de dichtheid van toestanden af ​​te stemmen met uitlijning op Fermi-niveau en momentum te behouden van de bron tot het einde in de momentumruimte, zonder fononen te gebruiken. De onderzoekers die de recente studie hebben uitgevoerd, zijn te zien in: Natuur Elektronica ontdekten dat het gebruik van 2-D zwarte fosfor (BP) hen in staat stelde om beide dingen te doen.

"Tunnelapparaten die een negatieve differentiële weerstand vertonen, volgen meestal een werkingsprincipe waarbij de tunnelstroom direct bijdraagt ​​​​aan de aandrijfstroom, ' schreven de onderzoekers in hun paper. 'Hier, we rapporteren een tunneling-veldeffecttransistor gemaakt van een zwarte fosfor / Al ₂ O ₃ /zwarte fosfor van der Waals heterostructuur waarin de tunnelstroom in de dwarsrichting is ten opzichte van de aandrijfstroom."

In de transversale tunneling veldtransistor gemaakt door dit team van onderzoekers, de tunnelstroom kan via een elektrostatisch effect een drastische verandering in de uitgangsstroom veroorzaken. Hierdoor kan het apparaat uiteindelijk een afstembare negatieve differentiële weerstand bereiken met een piek-tot-dalverhouding (PVR) van meer dan 100 bij kamertemperatuur.

"Ons apparaat vertoont ook abrupt schakelen, met een lichaamsfactor (de relatieve verandering in poortspanning ten opzichte van die van de oppervlaktepotentiaal) die een tiende is van de Boltzmann-limiet voor conventionele transistors over een breed temperatuurbereik, ' schreven de onderzoekers in hun paper.

Dit team van onderzoekers van de Chinese Academie van Wetenschappen toonde de haalbaarheid aan van het fabriceren van zeer efficiënte tunneling-veldeffecttransistoren met behulp van een verticale van der Waals-heterostructuur die BP bevat. In de toekomst, het nieuwe apparaat zou kunnen worden geïntegreerd in een aantal elektronica, mogelijk de prestaties van radiofrequentie-oscillatoren of logische toepassingen met meerdere waarden verbeteren.

© 2020 Wetenschap X Netwerk