Manjkajoče stikalo: Ustvarjeni visokozmogljivi monolitni grafenski tranzistorji

Komaj dan mine brez razglasitve vrhunske raziskovalne skupine nekaj nekakšen preboj, povezan z grafenom, vendar je to velika težava: raziskovalci z univerze v Erlangenu v Nürnbergu v Nemčiji so s preprostim litografskim postopkom jedkanja ustvarili visoko zmogljive monolitne grafenske tranzistorje. To bi lahko bil manjkajoči korak, ki končno utira pot k post-silicijevi elektroniki.

Kot verjetno že veste, ima grafen dolg in čudovit seznam zaželenih lastnosti, med katerimi je tudi najbolj prevoden material, ki so ga še odkrili. V teoriji naj bi grafenski tranzistorji v skladu z zgodnjimi predstavitvami podobnih IBM in UCLA lahko preklapljali s hitrostjo med 100GHz in nekaj teraherci . Težava je v tem, da grafen nima pasovne vrzeli - prirojena sposobnost vklopa in izklopa, odvisno od napetosti; ni naravni polprevodnik, kot je silicij - in tako se izkaže, da je zelo težko zgraditi tranzistorje iz stvari. Do zdaj!

Postopek, ki so ga uporabili raziskovalci, je precej preprost. V bistvu lahko s pečenjem silicijevega karbida - preprostega kristala silicija in ogljika, ki je tudi dobro razumljen polprevodnik - silicijeve atome odženemo iz plasti kristala, tako da ostane en sloj grafena. Vendar je plast grafena sama po sebi neuporabna; za izdelavo dejanskega tranzistorja potrebujete vire, odtoke in vrata. V ta namen je postavljena litografska maska ​​in za definiranje vsakega tranzistorja je uporabljeno reaktivno ionsko jedkanje. Druga ključna točka je bila uvedba vodikovega plina med rastjo srednjega grafenskega kanala, ki ga je iz kontaktnega (izvor / odtok) grafena spremenil v grafen. Voila: grafenski tranzistorji s silicijevim karbidom in njegovim okusnim pasovnim pasom, ki delujejo kot prevodna plast.

Zdaj pa na žalost, ker so raziskovalci svoje delo opravili na zelo v velikem obsegu - vsak tranzistor ima približno 100 mikrometrov ali 100.000 nm - v resnici nimamo natančnega merila, kako hiter je ta grafenski tranzistor. Raziskovalci pravijo, da trenutna zmogljivost 'dobro ustreza napovedim učbenikov za mejno frekvenco tranzistorja s poljskim učinkom kovina-polprevodnik', poudarjajo pa tudi, da bi lahko zelo preproste spremembe povečale zmogljivost 'za ~ 30-krat'.

The glavni Stvar je v tem, da je Univerza v Erlangenu-Nürnbergu zdaj zagotovila 'manjkajoče stikalo', ki ga grafenski tranzistorji tako nujno potrebujejo. Zdaj bodo dejanski proizvajalci polprevodnikov, kot sta IBM ali Intel, postopek zmanjšali na velikost, ki bo lahko konkurirala običajni silicijevi elektroniki ali jo premagala.

Preberite več na Nature Communications: doi: 10.1038 / ncomms1955 ali preberite več o tem post-silicijeva elektronika