Первые полностью двумерные полевые транзисторы

С разработкой исследователями Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) первого в мире полностью двумерного полевого транзистора (FET) в ближайшем будущем могут появиться более быстрые архитектуры электронных устройств.

В отличие от обычных транзисторов, изготовленных из кремния, эти 2D полевые транзисторы не теряют производительность под высоким напряжением и обеспечивают высокую подвижность электронов даже при масштабировании до монослоя в толщину.

Али Джави (Ali Javey), ученый из отдела материаловедения Berkeley Lab и профессор электротехники и компьютерных наук Калифорнийского университета в Беркли, возглавляет исследования, в которых 2D-гетероструктуры были изготовлены из слоев переходного металла дихалькогенида, гексагонального нитрида бора и графена, уложенных в стек и взаимодействующих посредством ван-дер-ваальсовых сил.

«Наша работа представляет собой важный этап на пути к реализации нового класса электронных устройств, в которых поверхности раздела, взаимодействующие на основе ван-дер-ваальсовой, а не ковалентной связи, обеспечивают беспрецедентную степень контроля в области материаловедения и разработки устройств, - сказал проф. Джави. - Результаты показывают, что использование полностью слоистой системы материалов весьма перспективно для будущих электронных приложений».

Полевые транзисторы являются одним из краеугольных камней электронной индустрии и повсеместно используются в компьютерах, сотовых телефонах, планшетах, наладонных устройствах и практически в любых других широко используемых электронных устройствах. Все полевые транзисторы состоят из затвора, электродов истока и стока, соединенных каналом, через который протекают носители заряда, либо электроны, либо дырки. Несоответствия между кристаллической структурой и атомными решетками этих отдельных компонентов могут привести к шероховатости поверхностей, часто с разрывом химических связей, что ухудшает подвижность носителей заряда, особенно при высоких электрических полях.

«Создавая наши двумерные полевые транзисторы так, что каждый компонент изготавливается из слоистых материалов, взаимодействующих посредством сил Ван-дер-Ваальса, мы получаем уникальную структуру устройства, в котором толщина каждого компонента является хорошо определенной, без шероховатости поверхности, даже на атомном уровне, - сказал проф. Джави. - Ван-дер-Ваальсовая связь интерфейсов и использование многостадийного процесса переноса представляют собой платформу для изготовления сложных устройств на основе кристаллических слоев без ограничений параметров решетки, которые часто сдерживают рост и производительность обычных гетеропереходных материалов».

Проф. Джави и его команда изготовили свои 2D-FET с использованием переходного металла дихалькогенида дисульфида молибдена в качестве канала, гексагонального нитрида бора в качестве изолятора затвора и графена для электродов истока, стока и затвора. Все эти составляющие материалы являются монокристаллами, удерживаемыми вместе силами Ван-дер-Ваальса.

Для создания многослойных компонентов для производимых в данном исследовании полевых транзисторов было использовано механическое отшелушивание. В будущем проф. Джави и его команда рассматривают возможность выращивания этих разнородных слоев непосредственно на подложке. Они также планируют уменьшить толщину отдельных компонентов до монослоя, а длину каналов – до молекулярного масштаба.

Исследователи из Лаборатории Лоуренса (Беркли) изготовили первый полностью двумерный полевой транзистор из слоев дисульфида молибдена, гексагонального нитрида бора и графена, удерживаемых вместе силами Ван-дер-Ваальса

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365