Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

En transistor av grafen nanoribbons

Anonim

Transistorer basert på karbon nanostrukturer: Det som høres ut som en futuristisk drøm kan være realitet på bare noen få år. Forskere har nå produsert nanotransistorer fra grafenbånd som bare er få atomer brede.

annonse


Grafene bånd som bare er få atomer brede, såkalte grafen nanoribbons, har spesielle elektriske egenskaper som gjør dem lovende kandidater til fremtidens nanoelektronikk: Mens grafen - et etatomet tynt, honeycomb-formet karbonlag - er en ledende materiale, kan det bli en halvleder i form av nanoribbons. Dette betyr at det har et tilstrekkelig stort energi- eller båndgap der ingen elektronstater kan eksistere: den kan slås på og av - og dermed kan bli en nøkkelkomponent i nanotransistorer.

De minste detaljene i atomkonstruksjonen av disse grafenbåndene har imidlertid store effekter på størrelsen på energikløpet og dermed på hvor velegnet nanoribboner er som komponenter i transistorer. På den ene siden avhenger avstanden på bredden av grafenbåndene, mens den derimot avhenger av strukturen på kantene. Siden grafen består av likevektige karbon-sekskanter, kan grensen ha en zigzag eller en såkalt lenestolform, avhengig av retningen på båndene. Mens bånd med en zigzagkanten oppfører seg som metaller, det vil si at de er ledende, blir de halvledere med lenestolens kant.

Dette utgjør en stor utfordring for produksjon av nanoribbons: Hvis båndene er kuttet av et lag av grafen eller laget ved kutting av karbonnanorør, kan kantene være uregelmessige og dermed kan grafenbåndene ikke vise de ønskede elektriske egenskapene.

Opprette en halvleder med ni atomer

Empa-forskere i samarbeid med Max Planck-instituttet for polymerforskning i Mainz og University of California i Berkeley har nå lykkes i å vokse båndene nøyaktig ni atomer brede med en vanlig lenestolskant fra forløpermolekyler. De spesielt fremstilte molekylene blir fordampet i et ultrahøyt vakuum for dette formål. Etter flere prosesstrinn blir de kombinert som puslespill på en gullbase for å danne de ønskede nanoribbons med en nanometer i bredde og opptil 50 nanometer i lengde.

Disse strukturene, som kun kan ses med et skanningstunnelmikroskop, har nå et relativt stort og fremfor alt presist definert energikløft. Dette gjorde det mulig for forskerne å gå et skritt videre og integrere grafenbåndene i nanotransistorer. I første omgang var de første forsøkene ikke veldig vellykkede: Målinger viste at forskjellen i strømmen mellom "ON" -tilstanden (dvs. med påført spenning) og "OFF" -tilstanden (uten påsatt spenning) var altfor liten. Problemet var det dielektriske laget av silisiumoksid, som kobler halvledningsskiktene til kontakten for elektrisk kontakt. For å få de ønskede egenskapene måtte den være 50 nanometer tykk, noe som igjen påvirket elektronens oppførsel.

Forskerne klarte imidlertid å redusere dette laget massivt ved å bruke hafniumoksid (HfO2) istedenfor silisiumoksyd som det dielektriske materialet. Laget er derfor nå bare 1, 5 nanometer tynt og "on" -strømmen er størrelsesordener høyere.

Et annet problem var inkorporering av grafenbånd i transistoren. I fremtiden bør båndene ikke lenger være plassert kryss på krysset på transistorsubstratet, men rettferdig justert nøyaktig langs transistorkanalen. Dette ville redusere det nåværende høye nivået av ikke-fungerende nanotransistorer.

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av sveitsiske føderale laboratorier for materialvitenskap og teknologi (EMPA) . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. Juan Pablo Llinas, Andrew Fairbrother, Gabriela Borin Barin, Wu Shi, Kyunghoon Lee, Shuang Wu, Byung Yong Choi, Rohit Braganza, Jordan Lear, Nicholas Kau, Wonwoo Choi, Chen Chen, Zahra Pedramrazi, Tim Dumslaff, Akimitsu Narita, Xinliang Feng, Klaus Müllen, Felix Fischer, Alex Zettl, Pascal Ruffieux, Eli Yablonovitch, Michael Crommie, Roman Fasel, Jeffrey Bokor. Kortkanalfelt-effekt transistorer med 9-atom og 13-atom bred grafen nanoribbons . Naturkommunikasjon, 2017; 8 (1) DOI: 10, 1038 / s41467-017-00734-x