Физики создали сверхэффективный транзистор на базе графеновой пленки

17 мая 2012 года

Корейские и американские физики разработали графеновый транзистор с крайне низким током утечки, так называемый "барристор", и использовали его для создания нескольких простейших логических схем, реализующих операцию инвертирования и сложения, и опубликовали инструкцию по его изготовлению в статье в журнале Science.

Максимальная производительность обычных кремниевых интегральных схем и их графеновых "наследников" ограничивается так называемыми токами утечки - "несанкционированным" движением электронов через транзисторы в выключенном состоянии. Утечка электронов генерирует тепловую энергию и вынуждает инженеров увеличивать напряжение тока, что еще раз усиливает нагрев микросхемы. Дальнейшая миниатюризация кремниевых транзисторов крайне затруднена из-за роста токов утечки.

ЭЛЕКТРОНИКА БУДУЩЕГО

Группа физиков под руководством Хюн-чона Чхуна (Hyun-Jong Chung) из Института технологий компании Самсунг в городе Йонъин (Корея) разработала новую модель графенового транзистора, лишенного этой проблемы, реализовав эффект так называемого "барьера Шотки" в графеновой электронике.

Барьером Шоттки называется особый феномен, возникающий при контакте полупроводника с пластинкой из некоторых металлов. Высокая электропроводность металла и относительно низкая проницаемость полупроводника создают особый барьер на границе контакта, "ускоряющий" движение электронов из полупроводника в металл и препятствующий обратному току электричества. Данное свойство широко используется при создании выпрямителей тока, диодов и некоторых электронных приборов.

Чхун и его коллеги заметили, что комбинация из графеновой пленки и полупроводника обладает свойствами барьера Шоттки с некоторыми дополнительными положительными эффектами, которые не возникают при использовании "обычных материалов". Они использовали открывшиеся им возможности для создания нового типа транзистора - графенового барристора.

Данное устройство представляет собой слоеный "пирог" из нескольких элементов - подложки из оксида кремния, трех золотых электродов, графеновой пленки, изолятора и специально обработанного кремния. В этом случае графен выступал в качестве "металла", а кремний - в роли полупроводника.

ГРАФЕНОВАЯ РЕВОЛЮЦИЯ

Физики изготовили экспериментальный прототип диода и убедились, что его свойства соответствуют тем, которые были предсказаны в результате компьютерного моделирования. После этого ученые "напечатали" несколько тысяч графеновых барристоров при помощи обычной технологии изготовления интегральных схем и использовали их для создания примитивных логических схем.

Как утверждают ученые, такое устройство может работать как обычный полевой транзистор, на базе которых построено подавляющее большинство современных электронных приборов. По оценкам исследователей, отношение тока в транзисторе во "включенном" и "выключенном" состоянии составляет 10 тысяч к одному, что сближает его с прототипом графенового транзистора, который был представлен миру Константином Новоселовым и Андреем Геймом в феврале 2012 года.

"Результаты работы наших вычислителей (на базе барристоров) показали, что такие базовые элементы могут применяться доля создания высокоскоростных электронных приборов", - заключают авторы статьи.

Графен представляет собой одиночный слой атомов углерода, соединенных между собой структурой химических связей, напоминающих по своей геометрии структуру пчелиных сот. Он отличается высокой прочностью и уникальными электрическими свойствами, что делает графен привлекательным для использования в различных областях науки и техники. За создание графена выходцам из России Константину Новоселову и Андрею Гейму была присуждена Нобелевская премия 2010 года по физике.