La struttura e le caratteristiche del transistor ad effetto di campo a tunneling trasversale. Credito:Xiong et al.
I ricercatori dell'Accademia cinese delle scienze hanno recentemente fabbricato un transistor ad effetto di campo con tunneling trasversale. Questo è un dispositivo a semiconduttore che può essere utilizzato per amplificare o commutare energia elettrica o segnali, operando attraverso un fenomeno noto come tunneling quantistico. Il nuovo transistor, introdotto in un articolo pubblicato in Elettronica della natura , è stato costruito utilizzando un'eterostruttura di van der Waals, un materiale con strati atomicamente sottili che non si mescolano tra loro, ma sono invece collegati tramite interazioni di van der Waals.
I transistor ad effetto di campo tunnel sono un tipo sperimentale di dispositivo a semiconduttore che funziona tramite un meccanismo noto come tunneling da banda a banda (BTBT). Questi transistor hanno una vasta gamma di applicazioni, ad esempio, nello sviluppo di oscillatori a radiofrequenza (RF) o componenti di memoria per dispositivi elettronici.
In questi dispositivi, vettori (cioè particelle che trasportano una carica elettrica) tipicamente attraversano una barriera, direzione nella stessa direzione della corrente di uscita totale. La corrente in questo tunnel contribuisce direttamente alla corrente complessiva del dispositivo.
Per operare nel modo più efficace, questi dispositivi dovrebbero idealmente essere costruiti con interfacce di alta qualità e bordi taglienti della banda energetica. Le eterostrutture bidimensionali di van der Waals possono quindi essere candidati ottimali per la loro fabbricazione, poiché i ricercatori possono facilmente impilare materiali diversi uno sopra l'altro, risultando in interfacce di alta qualità e bordi della banda affilati.
Per consentire un'elevata efficienza di tunneling nei dispositivi a semiconduttore, i ricercatori devono essere in grado di sintonizzare la densità degli stati con allineamento a livello di Fermi e conservare la quantità di moto dalla sorgente alla fine nello spazio della quantità di moto, senza coinvolgere i fononi. I ricercatori che hanno condotto il recente studio presenti in Elettronica della natura hanno scoperto che l'uso del fosforo nero 2-D (BP) ha permesso loro di fare entrambe queste cose.
"I dispositivi tunnel che presentano una resistenza differenziale negativa seguono tipicamente un principio di funzionamento in cui la corrente di tunneling contribuisce direttamente alla corrente di pilotaggio, " hanno scritto i ricercatori nel loro articolo. "Qui, riportiamo un transistor ad effetto di campo tunneling realizzato con un fosforo nero/Al 2 oh 3 /fosforo nero eterostruttura di van der Waals in cui la corrente di tunneling è in direzione trasversale rispetto alla corrente di pilotaggio."
Nel transistor di campo tunneling trasversale creato da questo team di ricercatori, la corrente di tunneling può provocare un drastico cambiamento nella corrente di uscita tramite un effetto elettrostatico. Ciò consente infine al dispositivo di raggiungere una resistenza differenziale negativa regolabile con un rapporto picco-valle (PVR) di oltre 100 a temperatura ambiente.
"Il nostro dispositivo mostra anche una commutazione improvvisa, con un fattore di body (la variazione relativa della tensione di gate rispetto a quella del potenziale di superficie) che è un decimo del limite di Boltzmann per i transistor convenzionali in un ampio intervallo di temperature, " hanno scritto i ricercatori nel loro articolo.
Questo team di ricercatori dell'Accademia cinese delle scienze ha dimostrato la fattibilità di fabbricare transistor ad effetto di campo tunneling altamente efficienti utilizzando un'eterostruttura verticale di van der Waals contenente BP. Nel futuro, il nuovo dispositivo potrebbe essere integrato in una serie di elettronica, potenzialmente migliorando le prestazioni degli oscillatori a radiofrequenza o delle applicazioni logiche multivalore.
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