Tranzystory grafenowe

Prof. Novoselow i prof. Geim, laureaci nagrody Nobla i wymyślona przez nich warstwowa konstrukcja tranzystora, składająca się z grafenu, dwusiarczku molibdenu i azotku boru, stała się podstrawą do budowy procesorów grafenowych. Grafen jest materiałem składającym się z węgla, którego struktura odpowiada płaszczyźnie wypełnionej sześciokątami foremnymi. Przewodzi on prąd elektryczny kilkaset razy lepiej niż miedź i dużo lepiej niż krzem, który powszechnie stosuje się w tranzystorach. Zaprezentowano już kilka pojedynczych tranzystorów na bazie grafenu, pracujących w bardzo wysokich częstotliwościach (sięgających 300 GHz). W procesorze gęsto upakowane tranzystory błyskawicznie by się spaliły. Dlatego konieczne jest ograniczenie prędkości przepływu prądu przez warstwę grafenową. Badacze z Uniwersytetu Manchester zaproponowali użycie grafenu jako elektrody, połączonej z drugą z nich za pomocą dwusiarczku molibdenu i azotku boru. W stanie wyłączenia pozwala to wyeliminować przecieki elektronów.
Elektrony pomiędzy obiema elektrodami mogą się przemieszczać dzięki efektowi tunelowemu. Zachodzi on bardzo rzadko, ale można wytworzyć go sztucznie, przykładając napięcie po obu stronach molibdenowej bariery. Prąd płynie wtedy poprzez warstwę dwusiarczku molibdenu, nadając dodatkową energię elektronom, co powoduje ich szybki przepływ. Tranzystor znajduje się wtedy w stanie włączonym. Zmieniając przykładane napięcie, można sterować przepływem elektronów, tworząc w pełni funkcjonalny tranzystor. To rozwiązanie zmniejsza przecieki 10 krotnie. Badacze zamierzają nadal dążyć do ich zmniejszenia poprzez zwiększenie grubości warstwy dwusiarczku molibdenu, tak, aby ostatecznie osiągnąć wycieki podobnie małe jak w tranzystorach krzemowych.


Zdaniem dra Ponomarenko rozmiary tak skonstruowanych tranzystorów będą w przyszłości wynosić od 0,1 do 100-milionowej części milimetra.

- Pokazaliśmy, nowe podejście do elektroniki. Nasze tranzystory działają dobrze i sądzę, że mogą zostać poprawione poprzez zmniejszenie do rozmiaru nanometrów i pracę w zakresie częstotliwości THz.
Dr Leonid Ponomarenko (manchester.ac.uk) 

 


Pomiędzy warstwami grafenu umieszczono izolujący dwusiarczek molibdenu.
Źródło: manchester.ac.uk