Двумерные полевые транзисторы обеспечат прогресс в электронике

С первым в мире двумерным полевым транзистором электронные устройства станут более скоростными.

Результаты разработки представят исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли.

В отличие от обычных полевых транзисторов, сделанных из кремния, двумерные полевые транзисторы не демонстрируют снижения эффективности под высоким напряжением и обеспечивают высокую электронную мобильность даже в монослойном масштабе.

Возглавил исследование профессор Али Джавей. Двумерные гетероструктуры изготовлены из дихалькогенида переходных металлов, гексагонального нитрида бора и графена, соединенных благодаря Ван дер Ваальсову взаимодействию.

«Наша работа представляет собой уверенный шаг на пути к созданию нового класса электронных устройств, интерфейсы которых, основанные на Ван дер Ваальсовом взаимодействии, а не на ковалентном соединении, обеспечивают беспрецедентную степень контроля в инжиниринге материалов и исследовании устройств», сообщил Джавей. „Результаты показали потенциал использования системы слоеных материалов для будущего применения в электронике“.

Полевые транзисторы, называемые так потому, что сигнал, проходящий через один электрод, формирует электрический ток в устройстве, являются одними из основ электронной промышленности, и используются в компьютерах, сотовых телефонах, планшетах, клавиатурах и в любых других популярных электронных девайсах. Каждый полевой транзистор состоит из ворот, источника и электродов стока, соединенных каналом, через который проходит носитель заряда — электрон или дыра. Несоответствия между кристаллической структурой и атомными решетками этих отдельных компонентов приводят к получению грубой поверхности, часто со свисающими химическими связями, которые нарушают мобильность носителя заряда, особенно в высоких электрических полях.

«В процессе создания наших двумерных полевых электродов так, чтобы каждый компонент был сделан из слоеных материалов с Ван дер Ваальсовыми взаимодействиями, мы обеспечили уникальную структуру устройства, в которой толщина каждого компонента является четкой без какой-либо поверхностной шероховатости, в том числе на атомном уровне», сообщил Джавей. „Связь интерфейсов с помощью Ван дер Ваальсового взаимодействия и использование многошагового процесса передачи представляют платформу для создания сложных устройств, основанных на кристаллических слоях без ограничений параметров решетки, которые зачастую ограничивают рост и эффективность обычных гетеропереходных материалов“.

Джавей с коллегами разработали двумерные полевые транзисторы с помощью дихалькогенида переходных металлов — дисульфида молибдена — в качестве электроннесущего канала, гексагонального нитрида бора в качестве подзатворного диэлектрика, и графена как источника, электродов стока и затвора. Все эти компоненты — одинарные кристаллы, соединенные вместе Ван дер Ваальсовым взаимодействием.

Для создания слоистых компонентов двумерных полевых электродов использовалось механическое расслоение или шелушение. В будущем Джавей с коллегами обратятся к выращиванию гетерогенных слоев прямо на подложке. Также они намерены попробовать сократить толщину отдельных компонентов и длину каналов.