Открыт механизм переключения в полевых транзисторах из дихалькогенидов

Из дихалькогенидов соединений переходных металлов (TMDC), таких как сульфиды, селениды или теллуриды молибдена, вольфрама, ниобия, могут создаваться отличные полевые транзисторы. Это происходит из-за более высокой подвижности их носителей, способности к миниатюризации на атомном масштабе, а также их потенциально более низким энергопотреблением. Механизм переключения этих транзисторов в состояние ON (проводящий) из состояния OFF (непроводящий) и наоборот путем изменения напряжения затвора до сих пор не выяснен, несмотря на то что это один из ключевых параметров, определяющий энергоэффективность FET.

Исследователи из Индийского института науки в Бангалоре установили, что процесс переключения ON-OFF в атомарно тонких транзисторах TMDC является классическим перколяционным переходом (переход за счет протекания электронов), определяемым неоднородностью. В этом механизме наступление проводимости (состояние ON) соответствует формированию "огромного кластера" проводящих областей между истоком и стоком, по мере того как энергия Ферми канала повышается за счет увеличения напряжения на затворе.

Хотя возможность перколяционного переноса электронов в TMDC-транзисторах рассматривалась исследовательской группой ранее, здесь использовали новую экспериментальную методику, основанную на зависимости от времени шума в проводимости, чтобы установить сигнатуру перколяции однозначным образом. Используя несколько полевых транзисторов с активными каналами, состоящими из MoS2 и WSe2, исследователи показали, что масштабное соотношение амплитуды шума с проводимостью, использующее универсальные показатели масштабирования, легко объяснить с помощью классических моделей перколяции в композитах металл-диэлектрик.

Это явление отличает процесс переключения в TMDC-транзисторах от обычных внутризонных переходов, например, в кремниевых транзисторах. Оно также предполагает, что неоднородное распределение заряда должно быть принято во внимание для реалистичного моделирования и сравнительного анализа эффективности таких устройств.

Микроскопическая конфигурация канала MoS2 FET.
Полевые транзисторы с разными положениями уровней Ферми (справа) и соответствующий диапазон проводимости канала, на которых они появляются (слева)