Onderzoekers van UC Santa Barbara, in samenwerking met de Universiteit van Notre Dame, hebben onlangs de hoogste gerapporteerde aandrijfstroom aangetoond op een transistor gemaakt van een monolaag van wolfraamdiselenide (WSe2), een 2-dimensionaal atomair kristal gecategoriseerd als een overgangsmetaal dichalcogenide (TMD). De ontdekking is ook de eerste demonstratie van een "n-type" WSe2-veldeffecttransistor (FET), wat het enorme potentieel van dit materiaal laat zien voor toekomstige geïntegreerde schakelingen met laag vermogen en hoge prestaties.

Monolaag WSe2 is vergelijkbaar met grafeen omdat het een hexagonale atomaire structuur heeft en voortkomt uit de gelaagde bulkvorm waarin aangrenzende lagen bij elkaar worden gehouden door relatief zwakke Van der Waals-krachten. Echter, WSe2 heeft een belangrijk voordeel ten opzichte van grafeen.

"Naast de atomair gladde oppervlakken, het heeft een aanzienlijke band gap van 1,6 eV, " legde Kaustav Banerjee uit, hoogleraar elektrische en computertechniek en directeur van het Nanoelectronics Research Lab aan de UCSB. Het onderzoeksteam van Banerjee omvat ook UCSB-onderzoekers Wei Liu, Jiahao Kang, Deblina Sarkar, Yasin Khatami en professor Debdeep Jena van de Notre Dame. Hun studie werd gepubliceerd in het mei 2013 nummer van: Nano-letters .

"Er is een groeiende wereldwijde belangstelling voor deze 2D-kristallen vanwege de vele mogelijkheden die ze bieden voor de volgende generatie geïntegreerde elektronica, opto-elektronica en sensoren, " merkte professor Pulickel Ajayan op, de Anderson Professor of Engineering aan de Rice University en een wereldberoemde autoriteit op het gebied van nanomaterialen. "Dit resultaat is zeer indrukwekkend en het resultaat van het gedetailleerde begrip van de fysieke aard van de contacten met deze 2D-kristallen die de Santa Barbara-groep heeft ontwikkeld."

"Het begrijpen van de aard van de metaal-TMD-interfaces was de sleutel tot ons succesvolle transistorontwerp en -demonstratie, ", legt Banerjee uit. De groep van Banerjee was de pionier van een methodologie die gebruikmaakte van ab-initio Density Functional Theory (DFT) die de belangrijkste criteria vastlegde die nodig waren om dergelijke interfaces te evalueren, wat leidde tot de best mogelijke contacten met de monolaag-TMD's.

De DFT-techniek werd ontwikkeld door UCSB professor emeritus in de natuurkunde Dr. Walter Kohn, waarvoor hij in 1998 de Nobelprijs voor Scheikunde ontving. "Tijdens een recente ontmoeting met professor Kohn, we bespraken hoe deze relatief nieuwe klasse van halfgeleiders profiteert van een van zijn baanbrekende bijdragen, ' zei Banerjee.

Wei Liu, een postdoctoraal onderzoeker in de groep van Banerjee en co-auteur van de studie, uitgelegd, "Geleid door de contactevaluatiemethodologie die we hebben ontwikkeld, onze transistors bereikten AAN-stromen tot wel 210 uA/um, wat de hoogste gerapporteerde waarde is van aandrijfstroom op een monolaag TMD-gebaseerde FET tot nu toe." Ze waren ook in staat om mobiliteit van 142 cm2/V.s te bereiken, wat de hoogste gerapporteerde waarde is voor elke back-gated monolaag TMD FET.

"DFT-simulaties bieden kritische inzichten in de verschillende factoren die de kwaliteit van de interfaces met deze 2D-materialen effectief bepalen, wat nodig is voor het bereiken van lage contactweerstanden." voegde Jiahao Kang toe, een promovendus in de groep van Banerjee en co-auteur van de studie.

"Nano-elektronica en energie-efficiënte computertechnologie zijn belangrijke onderzoeksgebieden bij UCSB, gebieden waarin onze faculteitsleden bekend staan ​​om hun prestaties. Met deze resultaten, Het team van professor Banerjee blijft belangrijke onderzoeksbijdragen leveren aan de volgende generatie elektronica, " becommentarieerde Rod Alferness, Decaan van het College of Engineering aan de UCSB.