Новости перспективных технологий

Двухмерные, плоские на атомном уровне, транзисторы — перспективное направление экологичной электроники следующего поколения

Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB) совместно со специалистами из Университета Нотр-Дам недавно продемонстрировали наивысший зарегистрированный на данный момент управляющий ток в транзисторе, созданном из однослойного диселенида вольфрама (WSe2), двухмерного атомного кристалла, классифицированного как дехалкогенид переходного металла (TMD). Также была проведена первая демонстрация полевого транзистора (FET) типа «n» WSe₂, показавшая огромный потенциал данного материала в рамках использования в высокопроизводительных интегральных схемах будущего с малым энергопотреблением.

Исследователи из UCSB собрали обратно смещенный полевой транзистор с использованием однослойного диселенида вольфрама (WSe₂), являющегося канальным материалом. Одноатомный слой WSe₂ аналогичен графену по своей шестиугольной атомарной структуре. Он извлечен из слоистой объемной формы, в которой смежные слои скреплены относительно слабыми силами Ван-дер-Ваальса. Однако WSe₂ имеет преимущество над графеном.

«Помимо атомарно гладких поверхностей материал обладает значительной энергетической щелью, составляющей 1,6 эВ», — пояснил Каустав Банерджи (Kaustav Banerjee), профессор электромеханики и компьютерной инженерии, а также директор Лаборатории по исследованиям в области наноэлектроники при UCSB.

В исследовательскую группу Банерджи входят специалисты из UCSB: Вей Лиу (Wei Liu), Джиахао Канг (Jiahao Kang), Деблина Саркар (Deblina Sarkar), Ясин Хатами (Yasin Khatami) и профессор Дебдип Джена (Debdeep Jena) из Университета Нотр-Дам. Их исследование было опубликовано в 2013 году в майском выпуске издания Nano Letters.

«Интерес к двухмерным кристаллам растет во всем мире в силу множества возможностей, обеспечиваемых этими кристаллами для следующего поколения интегральных схем, оптоэлектроники и датчиков, — говорит Пуликел Аджаян (Pulickel Ajayan), профессор технических наук из Райсовского университета и всемирно известный специалист по наноматериалам. — Полученный результат впечатляет, его удалось добиться благодаря полному пониманию физической природы контактов двухмерных кристаллов, разработанных группой из Санта-Барбары».

«Понимание природы взаимодействия металлов и TMD — ключ к нашему успеху в рамках проектирования транзистора и его демонстрации», — пояснил Банерджи. Группа Банерджи первой, с нуля, разработала методологию использования теории функции плотности (DFT), установила критерии, необходимые для оценки таких взаимодействий, ведущих к наилучшему контакту с однослойными TMD.

Метод DFT был впервые исследован почетным профессором физики из UCSB, доктором Вальтером Коном (Walter Kohn). За это исследовние он получил Нобелевскую премию по химии в 1998 году. «В ходе последней встречи с профессором Коном мы обсудили, какие преимущества данный, относительно новый, класс полупроводников может получить в рамках метода DFT», — сказал Банерджи.

Вей Лиу, исследователь со степенью доктора наук из группы Банерджи и соавтор исследования, объяснила: «Благодаря использованию разработанной нами методологии оценки контакта мы смогли пропустить через транзисторы ток включения 210 мкA/мкм, являющийся наивысшим на данный момент зарегистрированным управляющим током, пропущенным через любой однослойный полевой транзистор на основе TMD». Также такие транзисторы способны обеспечить мобильность электронов, составляющую 142 см²/В·с. Данное значение — наивысшее для любого обратносмещенного полевого транзистора из TMD.

«Моделирование в рамках DFT позволяет получить важную информацию о различных факторах, эффективно определяющих качество взаимодействия двухмерных материалов, важных для реализации низких значений сопротивления контактов», — добавил Джиахао Канг, aспирант из группы Банерджи и соавтор исследования.

«Наноэлектроника и энергоэффективная вычислительная техника — ключевые области исследований UCSB, области, в которых наши преподаватели известны своими достижениями. Используя полученные результаты, группа профессора Банерджи продолжает важные исследования в области электроники следующего поколения», прокомментировал Род Альфернес, декан Политехнического колледжа, входящего в состав UCSB.

Информация с сайта www.ostec-group.ru.