Исследователи приближаются к созданию нанотранзисторов с помощью графена

. Хотя транзисторы, разработанные с использованием углеродных наноструктур, кажутся далекой мечтой, они могут стать реальностью в самом ближайшем будущем. Международная команда ученых в сотрудничестве с Empa успешно развивает нанотранзисторы, используя ленты графена шириной всего несколько атомов. Исследование было опубликовано в последнем номере журнала Nature Communications .

Исследователь Эмпа Габриэла Борин Барин испаряет специально подготовленные молекулы в высоком вакууме для выращивания графеновых наноуглеродов. Авторы: Эмпа

. Графеновые ленты шириной всего несколько атомов или графеновые наноуглероды обладают уникальными электрическими характеристиками, которые делают их перспективными для применения в наноэлектронике в будущем: хотя графен, который представляет собой сотообразный углеродный слой шириной всего один атом, является проводящим, он может превращаться в полупроводник, когда он представляет собой наноуглероды. Это указывает на то, что графен содержит достаточно большую полосу или энергетическую щель, где не может существовать никаких электронных состояний – ее можно включать и выключать и, следовательно, можно использовать в качестве основного компонента в нанотранзисторах.

Однако даже мельчайшие черты атомной структуры графеновых полос оказывают огромное влияние на ширину запрещенной зоны и, следовательно, на пригодность наноробоев в качестве транзисторных компонентов. В то время как ширина запрещенной зоны основана на том, насколько широки ленты графена, она также основана на структуре краев. Поскольку графен содержит равносторонние угольные шестиугольники, граница может быть зигзагообразной или «кремовой» формой, в зависимости от выравнивания лент. Хотя полосы, которые имеют зигзагообразную грань, действуют как металлы или проводящие, те, которые имеют кромку кресла, ведут себя как полупроводники.

Это затрудняет синтез нанорибов, потому что резка лент из графенового слоя или их изготовление путем разрезания углеродных нанотрубок может привести к нерегулярности кромок, поэтому ленточки графена могут не иметь желаемых электрических характеристик.

Создание полупроводника с девятью атомами

Ученые из Эмпы сотрудничали с Институтом полимерных исследований им. Макса Планка в Майнце и Калифорнийским университетом в Беркли, чтобы успешно выращивать ленты шириной ровно девятью атомами и иметь регулярный край кресла из молекул-предшественников. Для этого уникально синтезированные молекулы испаряются в сверхвысоком вакууме. В конце ряда этапов процесса они связаны с кусочками головоломки на золотой основе, чтобы создать желаемые нанороботы длиной почти 50 нм и шириной около 1 нм.

Эти структуры можно рассматривать только под сканирующим туннельным микроскопом и в настоящее время имеют сравнительно большую и, более того, точно определенную энергетическую щель. Это позволило ученым сделать еще один шаг и включить графеновые ленты в нанотранзисторы. Однако вначале их усилия не были плодотворными: оценки показали, что разница в текущем потоке для состояния «ВКЛ» с приложенным напряжением и состояние «ВЫКЛ» без приложенного напряжения была крайне мала. Трудность заключалась в диэлектрическом слое оксида кремния, который защищает полупроводниковые слои электрическим контактом переключателя. Для достижения желаемых характеристик слой должен иметь толщину 50 нм, что в конечном итоге повлияло на поведение электронов.

Тем не менее, команде тогда удалось значительно сократить этот слой, применив гафний оксид, или HfO 2 в качестве диэлектрического материала вместо оксида кремния. Следовательно, в настоящее время толщина слоя составляет всего 1,5 нм, а «on» -ток больше на несколько порядков.

Еще одна проблема заключалась в включении лент графена в транзистор. В последующие годы ленты не должны располагаться крестообразно на транзисторной подложке. Напротив, они должны быть выровнены точно вдоль транзисторного канала. Это значительно сведёт к минимуму нынешний высокий уровень неоперативных нанотранзисторов.

Source link