Графеновая электроника – теперь в 3D

Команда ученых из Манчестерского университета (Англия), возглавляемая Нобелевскими лауреатами Андреем Геймом и Константином Новоселовым буквально открыли третье измерение в исследованиях графена. Они представили транзистор, который может оказаться недостающим звеном в цепи для замены кремния графеном.

Одним из многих потенциальных применений графена является возможность использования его как основного материала для компьютерных микросхем вместо кремния. Это привлекло внимание основных производителей чипов, включая IBM, Samsung, TI и Intel. Отдельные транзисторы с очень высокой частотой уже продемонстрированы некоторыми группами разработчиков.

К сожалению, эти транзисторы не быть плотно упакованы в компьютерные чипы, потому что они дают слишком большой ток утечки. Этот ток может расплавить чип за доли секунды. Вопреки многим попыткам решить эту проблему, реальных результатов до сих пор не было представлено.

Ученые из Манчестерского университета предложили использовать графен не в плоском, как это делалось до сих пор, а в трехмерном дизайне. Они использовали графен в качестве электрода, из которого электроны туннелировались через диэлектрик в другой металл.

Затем они использовали уникальную особенность графена, заключающуюся в том, что внешнее напряжение может сильно изменять энергию туннельных электоронов. В результате они получили новый тип устройства – вертикальный полевой туннельный транзистор, в котором графен является критическим ингредиентом.

Д-р Леонид Пономаренко, который возглавлял эксперименты, сказал: «Мы предложили концептуально новый подход к графеновой электронике. Наши транзисторы уже работают достаточно хорошо. Я верю, что они могут быть намного улучшены, уменьшены до нанометровых размеров и работать в субтерагерцевом диапазоне частот».

«Это новый взгляд на исследования графена, и шансы для базированной на графене электроники еще никогда не выглядели столь хорошими», - добавил проф. Новоселов.

Манчестерская команда изготовила транзистор путем комбинации графена с пленками нитрида бора и дисульфида молибдена толщиной в один атом. Транзисторы собирались слой за слоем в нужной последовательности.

Такой слоистой суперструктуры в природе не существует. Это совершенно новая концепция, предложенная манчестерскими учеными.

«Демонстрация транзистора является, безусловно, важной, но более важной является концепция сборки по атомным слоям», - объяснил проф. Гейм. Проф. Новоселов добавил: «Туннельный транзистор является только одним примером из неисчерпаемого набора возможностей многослойных структур. Это действительно предоставляет неисчерпаемые возможности как для фундаментальной физики, так и для приложений. Другие возможные примеры включают светодиоды, фотогальванические элементы и т. п.»

Туннельный транзистор, базированный на вертикальной графеновой гетероструктуре. Туннельный ток между двумя графеновыми слоями может управляться посредством затвора