Полевой транзистор на основе нанотрубки

На основе полупроводниковой или металлической нанотрубки удалось выполнить полевые транзисторы, работающие при комнатной температуре.

На кремниевой подложке формируют слой SiO₂. На поверхности SiO₂ формируются платиновые электроды. На электроды укладывается нанотрубка. Напряжение, управляющее проводимостью нанотрубки прикладывется к кремниевой подложке.

Поскольку размеры нанотрубок: длина от десятка нанометра, диаметр единицы нанометров и это экспериментально доказано, то возможно изготовление активных элементов нанометровых размеров.

Однако существуют причины, не пускающие нанотрубки в «большую электронику»:

 невозможность синтезировать нанотрубки четко определенных размеров, характеризующиеся определенными свойствами.

 производственно-технологические трудности интеграции нанотрубок в серийные микроэлектронные устройства;

 нагрев и значительные потери энергии в местах соединения «металл-нанотрубка» из-за высокого сопротивления соединения.

Графен

Графе́н — слой атомов углерода, соединённых в гексагональную двумерную кристаллическую решётку. Его можно представить как одну плоскость графита, отделённую от объёмного кристалла. По оценкам, графен обладает большой механической жёсткостью и хорошей теплопроводностью. Высокая подвижность носителей тока при комнатной температуре делает его перспективным материалом для использования в самых различных приложениях, в частности, как будущую основу наноэлектроники и возможную замену кремния в интегральных микросхемах.

Впервые графен был синтезирован профессором Эндрю Геймом и его коллегами из университета Манчестера (США) совместно с командой доктора Новоселова из Черноголовки (Россия).

Считается, что на основе графена можно сконструировать баллистический транзистор. В марте 2006 года группа исследователей из технологического института штата Джорджии заявила, что ими был получен полевой транзистор на графене, Исследователи полагают, что благодаря их достижениям в скором времени появится новый класс графеновой наноэлектроники с базовой толщиной транзисторов до 10 нм. Данный транзистор обладает большим током утечки, то есть нельзя разделить два состояния с закрытым и открытым каналом.

Использовать напрямую графен при создании полевого транзистора без токов утечки не представляется возможным благодаря отсутствию запрещённой зоны в этом материале, поскольку нельзя добиться существенной разности в сопротивлении при любых приложенных напряжениях к затвору, то есть не получается задать два состояния пригодных для двоичной логики: проводящее и непроводящее. Сначала нужно создать каким-нибудь образом запрещённую зону достаточной ширины при рабочей температуре (чтобы термически возбуждённые носители давали малый вклад в проводимость). Один из возможных способов предложен в работе. В этой статье предлагается создать тонкие полоски графена с такой шириной, чтобы благодаря квантово-размерному эффекту ширина запрещённой зоны была достаточной для перехода в диэлектрическое состояние (закрытое состояние) прибора при комнатной температуре (28 мэВ соответствует ширине полоски 20 нм). Благодаря высокой подвижности (имеется в виду, что подвижность выше чем в кремнии, используемом в микроэлектронике) 10⁴ см²·В⁻¹·с⁻¹ быстродействие такого транзистора будет заметно выше. Несмотря на то, что это устройство уже способно работать как транзистор, затвор к нему ещё не создан.

Графан

Международная группа ученых разработала метод получения графана – гидрированного производного графена (материала, представляющего собой листы моноатомной толщины, образованные атомами углерода). Ученые из Великобритании, России и Нидерландов утверждают, что изолирующие свойства графана дополняют отличные проводящие свойства графена, открывая новые перспективы для разработки графеновой наноэлектроники.

В результате добавления атомов водорода к графену (вверху) образуется графан (внизу).

Ученые, открывшее это превращение, в 2004 году были первыми исследователями, относительно несложным методом получившими графен. В графене делокализация электронов приводит к высокой электрической проводимости; это легло в основу идеи создания сверхбыстрых наноразмерных графеновых транзисторов. В то же время, самой большой помехой к осуществлению подобных задач становится невозможность контролировать перемещение электронов.

Ученые исследовали возможность преодоления этого эффекта с помощью разделения графеновых листов на полосы шириной в несколько нанометров, однако этот подход не позволил контролировать протекание тока в графене.

Графан – химически модифицированный графен – возможное решение этой проблемы. «Химическая модификация вносит изменения в электронную структуру графена, создавая ненулевую запрещенную зону», – рассказывает Джордж Софо (Jorge Sofo), профессор в области физики в Университете Пенсильвании, в 2007 году первым предположивший существование полностью гидрированного графена.

Date: 2015-05-09; view: 630; Нарушение авторских прав