(PhysOrg.com) -- I ricercatori IBM sperano che, nel prossimo decennio, i transistor a base di silicio saranno sostituiti da transistor a base di carbonio. IBM ha già gettato le basi per i transistor a base di carbonio.
Grafene, uno dei materiali più sottili conosciuti, è costituito da un unico foglio planare di carbonio disposto in un reticolo alveolare. I fogli di grafene hanno anche una maggiore mobilità dei portatori (la velocità con cui gli elettroni viaggiano a una data tensione) che si traducono in mobilità dei portatori che sono centinaia di volte più grandi dei chip di silicio utilizzati oggi. Questo rende il grafene ideale per velocità di chip più elevate.
L'immagine mostra chip semiconduttori a base di carbonio con i suoi transistor a effetto di campo a doppio strato in grafene a doppio gate.
Tuttavia ci sono alcuni problemi che devono essere superati prima che i transistor a base di carbonio possano essere utili. I singoli strati di fogli di grafene agiscono più come un conduttore che come un semiconduttore poiché non hanno band gap.
I semiconduttori hanno una banda proibita tra il loro stato conduttivo e quello isolante, che consente loro di essere facilmente accesi e spenti. Con una banda proibita mancante, i FET di grafene (transistor ad effetto di campo) hanno rapporti di corrente on-off terribili che sono centinaia di volte più piccoli del silicio.
Il grafene si riscalda notevolmente anche quando viene utilizzato a correnti saturate. Questo diventa una grande preoccupazione perché i dispositivi al grafene ad alte prestazioni preferibilmente devono funzionare ai limiti della corrente di saturazione.
Il trasferimento di calore dal grafene polarizzato a un substrato sottostante può essere molto più elevato di quello che si trova nei transistor al silicio convenzionali.
Il team di ricerca IBM ha ottenuto risultati sul flusso di calore determinando la distribuzione della temperatura nei transistor attivi al grafene utilizzando la microscopia ottica combinata con misurazioni del trasporto elettrico. Hanno anche usato la modellazione del flusso di calore per calcolare come il calore viaggia lungo e attraverso un fiocco di grafene.
La ricerca ha dimostrato che le interazioni con il substrato diventano molto più importanti nell'elettronica del grafene rispetto ai MOSFET e alle eterostrutture tradizionali. Questo lascia gli ingegneri a concentrarsi su substrati non polari e substrati che non intrappolano le cariche.
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