(Phys.org) - Een nieuwe op grafeen gebaseerde transistor waarin elektronen zowel over een barrière als eronder gaan (door tunneling) heeft tot nu toe een van de hoogste prestaties van op grafeen gebaseerde transistors vertoond. Door de combinatie van de twee soorten transport kan de transistor een groot verschil bereiken tussen zijn aan- en uittoestanden, waardoor het een hoge aan / uit-verhouding heeft, wat tot nu toe moeilijk te bereiken was in op grafeen gebaseerde transistors. Met dit voordeel, naast het vermogen om te werken op transparante en flexibele substraten, de nieuwe transistor zou een rol kunnen spelen in post-CMOS-apparaten waarvan wordt verwacht dat ze met veel hogere snelheden kunnen rekenen dan de huidige apparaten.

De onderzoekers van de Universiteit van Manchester in het VK, die de nieuwe op grafeen gebaseerde transistor heeft ontworpen, hebben hun studie over het apparaat gepubliceerd in een recent nummer van Natuur Nanotechnologie .

Zoals de onderzoekers in hun onderzoek uitleggen, andere op grafeen gebaseerde transistors zijn eerder aangetoond, waarvan vele een sandwichstructuur hebben met atoomdikke vellen grafeen die de buitenste lagen vormen en een ander ultradun materiaal dat de middelste laag vormt. Deze tussenlaag kan uit vele mogelijke materialen bestaan. In de huidige studie, de onderzoekers gebruikten tweedimensionaal wolfraamdisulfide (WS ₂ ) als de middelste laag, die diende als een atomair dunne barrière tussen de twee lagen grafeen.

Het grootste voordeel van het gebruik van WS ₂ in vergelijking met de meeste andere barrièrematerialen is dat WS ₂ De chemische eigenschappen van de elektronen zorgen ervoor dat elektronen kunnen oversteken door over de barrière te gaan, zoals bij thermionisch transport, of eronder, zoals bij tunnelen. In de uit-stand, zeer weinig elektronen kunnen de barrière passeren door beide transportmethoden, maar ze kunnen oversteken met een of beide methoden in de aan-status.

Schakelen tussen de twee toestanden omvat het wijzigen van de poortspanning van de transistor. Een negatieve poortspanning creëert de uit-toestand, omdat het de hoogte van de tunnelbarrière verhoogt, zodat maar weinig elektronen de barrière kunnen passeren. Een positieve poortspanning schakelt de transistor in de aan-toestand door de hoogte van de tunnelbarrière te verminderen en - als de temperatuur hoog genoeg is - ook thermionische stroom over de barrière mogelijk te maken.

Om de aan/uit-verhouding zo hoog mogelijk te maken, de onderzoekers profiteerden van de manier waarop de tunnelstroom afhankelijk is van de spanningsveranderingen voor verschillende spanningsniveaus. Bij lage spanningen en lage temperaturen, de tunnelstroom varieert lineair met de spanning, maar groeit dan exponentieel met de spanning bij hogere spanningen. Op dit punt, thermionische stroom wordt het dominante transportmechanisme.

Door deze informatie in hun voordeel te gebruiken, de onderzoekers konden de transistor afstemmen om een ​​aan/uit-verhouding van meer dan 1 x 10 . te bereiken ⁶ op kamertemperatuur, die kan concurreren met de beste op grafeen gebaseerde transistors met elk barrièremateriaal. Verder, dit prestatieniveau voldoet aan de vereisten om kandidaat te zijn voor de volgende generatie post-CMOS elektronische apparaten. Omdat de nieuwe transistor maar een paar atoomlagen dik is, het moet buiging kunnen tolereren en zou in de toekomst mogelijke toepassingen kunnen hebben flexibel, transparante elektronische apparaten.

Copyright 2013 Phys.org
Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitzending, geheel of gedeeltelijk herschreven of herverdeeld zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van Phys.org.