Новый тип графенового транзистора можно рассматривать в качестве кандидата на замену CMOS-технологии

Опытный образец графенового транзистора


Совершенно новый тип транзистора, структура которого основана на использовании графена, позволяет электронам перемещаться одновременно двумя способами, проходя через потенциальный барьер и "перепрыгивая" через него за счет эффекта туннелирования. Такая двойственная природа нового транзистора позволяет ему работать на очень высоких тактовых частотах, делая его самым высокопроизводительным графеновым транзистором среди всех подобных транзисторов, созданных когда-либо людьми. Помимо этого такие транзисторы без особых затруднений можно наносить на гибкие и прозрачные основания, что позволит с его помощью создавать гибкие электронные устройства нового поколения, которые могут работать на более высоких скоростях, чем современные кремниевые устройства, изготовленные по CMOS-технологии.

Исследователи из Манчестерского университета в Великобритании, которые разработали структуру нового транзистора, изготовили и провели испытания опытных образцов, опубликовали результаты своих исследований в журнале "Nature Nanotechnology". Согласно опубликованной учеными информации, структура подавляющего большинства всех созданных ранее графеновых транзисторов представляет собой многослойный "бутерброд", в котором внешние графеновые пленки чередуются с внутренними сверхтонкими слоями из различных материалов. В данном случае в качестве материала среднего слоя исследователи использовали двумерный лист дисульфида вольфрама (WS2), который стал барьером, толщиной в один атом, разделяющим два слоя графена.

Одно из основных преимуществ использования дисульфида вольфрама заключается в том, что этот материал, в отличие от других материалов, позволяет электронам проходить через барьер как классическим способом, так и за счет эффекта туннелирования, т.е. попросту перескакивать через барьер. При этом, для пересечения электроном барьера с помощью эффекта туннелирования требуется затратить гораздо меньшее количество энергии, нежели чем при преодолении его обычным способом.

Структура нового графенового транзистора


За счет присутствия двух разных способов преодоления электронами барьера нового транзистора управление состоянием транзистора производится методом, кардинально отличающимся от метода управления обычными транзисторами. Для того, чтобы обычный транзистор открылся, требуется подать положительный электрический потенциал на управляющий электрод, затвор. С этой точки зрения управление новым графеновым транзистором осуществляется точно также, присутствие положительного потенциала снижает высоту туннельного барьера. Что бы обычный транзистор перешел в закрытое состояние, требуется снять потенциал с управляющего электрода. Новому графеновому транзистору для его перевода в надежно закрытое состояние требуется подать на затвор отрицательный электрический потенциал, который увеличивает высоту барьера туннелирования настолько, что лишь немногие электроны остаются способны его преодолеть.

Для того, чтобы добиться высокой частоты переключения транзистора, исследователи использовали в своих интересах зависимость туннельного тока от приложенного напряжения и напряжения на управляющем электроде. При низком напряжении и при низкой температуре транзистора, туннельный ток пропорционален напряжению, но при более высокой температуре термоэлектронный ток растет по экспоненте от приложенного напряжения. Это обеспечивает новому транзистору возможность переходить в определенных точках его вольт-амперной характеристики с одного вида переноса электрического заряда на другой и обратно. А это, в свою очередь, позволяет значительно увеличить скорость переключения транзистора.

Проведенные испытания опытных образцов новых транзисторов показали, что соотношение тока в выключенном и во включенном состоянии составляет 1 к 106 при комнатной температуре, что делает его конкурентоспособным не только с другими графеновыми транзисторами, но и кремниевыми транзисторами, изготовленными по CMOS-технологии. А поскольку новый транзистор имеет толщину всего в несколько атомных слоев, он может без потери функциональности выдерживать сильный изгиб и деформацию, что делает его незаменимой вещью в деле создания гибких и прозрачных электронных устройств будущего.




Ключевые слова:
Графен, Транзистор, Кремний, CMOS, Слой, Туннельный, Эффект, Электрон, Барьер, Скорость, Переключение

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Двухслойный графен - основа высокоскоростных туннельных транзисторов нового ...
  • Китайским ученым с помощью эффекта квантового туннелирования удалось увелич ...
  • Графеновые транзисторы радикально новой структуры способны работать на тера ...
  • Многослойный трехмерные графеновые транзисторы смогут стать заменой кремние ...
  • Использование кремниевых нанопроводников позволило создать новые переконфиг ...




  • 25 января 2013 09:02
    #1 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 3867
    Какой-то он большой по размерам, интересно, какой большой будет чип микропроцессора с такими транзисторами wink


    --------------------
        
    25 января 2013 16:33
    #2 Написал: mkz

    Публикаций: 0
    Комментариев: 112
    Ничего не понятно. Проходить и "перепрыгивать" - это один и тот-же "классический" способ. Туннелирование - это просто эффект из квантовой механики, когда частица проходит через барьер, для преодоления которого у нее "недостаточно" энергии, или отражается от барьера, для преодоления которого у нее достаточно энергии. Это просто некая неопределенность, вносимая законами квантовой механики в обычный процесс "перехода", а не другой способ.

    Если кто-то понял, что имелось в виду после обработки журналистами - объясните.
        
    25 января 2013 22:25
    #3 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 3867
    Цитата: mkz
    Если кто-то понял

    Не знаю, чего тут можно было не понять. При низком потенциале, когда энергия электронов ниже потенциальной "высоты" барьера и обычный транзистор еще закрыт, электроны в этом транзисторе преодолевают барьер за счет "перепрыгивания", т.е. туннелирования, которое становится возможным из-за малого расстояния между стоком и истоком. А дальше, при повышении потенциала энергии электронов становится достаточно для преодоления барьера обычным путем и все начинает происходить как в обычном транзисторе. Т.е. этот транзистор начинает открываться раньше и быстрее, нежели обычный транзистор, чем и объясняется его высокая рабочая частота и меньшая рассеиваемая энергия.


    --------------------
        
    26 января 2013 13:50
    #4 Написал: mkz

    Публикаций: 0
    Комментариев: 112
    Цитата: FomaNeverujuwij
    Не знаю, чего тут можно было не понять

    Непонятно вот что:
    а) почему про это написано перемещаться одновременно двумя способами, ваше описание к этим словам отнести нельзя.
    б) квантовый эффект туннелирования работает всегда и везде, в любых транзисторах и вообще любых устройствах; для этого не нужен ни графен, ни дисульфид вольфрама ни что-либо еще - это просто работает, так мир устроен. Так что-же имели в виду ученые, а не долбаные журналисты?
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.