Новые шаги к созданию цифровых графеновых транзисторов

Исследователи добились прогресса на пути создания цифровых транзисторов с использованием графена – материала, состоящего из одного слоя атомов углерода. Графен называется потенциальным заменителем кремния в силу своих более высоких показателей, которые позволяют создавать сверхбыстрые устройства с упрощенными схемами.

Но у графена отсутствует запрещенная зона – свойство, которое критически важно для транзисторов. Как сказал исследователь Хон-Ян Чен (Hong-Yan Chen) из университета Пурдю (Purdue University), тот факт, что графен обладает нулевой шириной запрещенной зоны по своей природе, ставит под сомнение некоторые области его применения и потенциальные возможности в создании цифровых приложений.

Электроны в таких полупроводниках, как кремний, существуют на двух энергетических уровнях – валентная зона и зона проводимости. Энергетический разрыв между этими двумя уровнями и называется запрещенной зоной. Наличие ширины запрещенной зоны необходимой величины позволяет включать и выключать транзисторы, что позволяет цифровым схемам хранить информацию в двоичном коде, состоящем из последовательности нулей и единиц.

Чен возглавил команду исследователей по созданию нового типа графенового инвертора, который является принципиально важным строительным компонентом в цифровых транзисторах. Нужно сказать, что другим ученым уже удавалось создать графеновые инверторы, но их устройства могли эксплуатироваться лишь при температуре 77 градусов по Кельвину (минус 196 градусов по Цельсию или минус 320 по Фаренгейту).

«Если бы графен был пригоден для использования в цифровых устройствах, это было бы очень важно»,- сказал Чен, который работает вместе с Джоэргом Аппензеллером (Joerg Appenzeller), профессором из Центра нанотехнологий Purdue's Birck Nanotechnology Center.

Таким образом, исследователям из университета Пурдю удалось впервые создать графеновые инверторы, которые работают при комнатной температуре и обладают необходимым для цифровой электроники свойством – шириной запрещенной зоны более одной единицы, позволяет транзисторам переключаться от 0 до 1.

Результаты были подробно изложены в статье , представленной в июне на конференции по исследованию устройств в Санта-Барбаре, штат Калифорния, США.

(На рисунке: слева - схема нового типа графенового инвертора; справа - изображение изготовленного устройства, сделанное с помощью электронного микроскопа)