(Phys.org)—Un nuovo transistor a base di grafene in cui gli elettroni viaggiano sia sopra una barriera che sotto di essa (tramite tunnel) ha mostrato una delle prestazioni più elevate dei transistor a base di grafene fino ad oggi. La combinazione dei due tipi di trasporto consente al transistor di ottenere una grande differenza tra i suoi stati on e off, dandogli un alto rapporto on/off, che finora è stato difficile da ottenere nei transistor a base di grafene. Con questo vantaggio, oltre alla sua capacità di operare su substrati trasparenti e flessibili, il nuovo transistor potrebbe svolgere un ruolo nei dispositivi post-CMOS che dovrebbero essere in grado di calcolare a velocità molto più elevate rispetto ai dispositivi odierni.

I ricercatori dell'Università di Manchester nel Regno Unito, che ha progettato il nuovo transistor a base di grafene, hanno pubblicato il loro studio sul dispositivo in un recente numero di Nanotecnologia della natura .

Come spiegano i ricercatori nel loro studio, altri transistor a base di grafene sono stati precedentemente dimostrati, molti dei quali hanno una struttura a sandwich con fogli di grafene dello spessore di un atomo che formano gli strati esterni e un diverso materiale ultrasottile che forma lo strato intermedio. Questo strato intermedio può essere costituito da molti materiali possibili. Nello studio attuale, i ricercatori hanno utilizzato disolfuro di tungsteno bidimensionale (WS ₂ ) come strato intermedio, che fungeva da barriera atomicamente sottile tra i due strati di grafene.

Il più grande vantaggio dell'utilizzo di WS ₂ rispetto alla maggior parte degli altri materiali barriera è che WS ₂ le proprietà chimiche di consentono agli elettroni di attraversare sia superando la barriera, come nel trasporto termoionico, o sotto di esso, come nel tunneling. Nello stato spento, pochissimi elettroni possono attraversare la barriera con entrambi i metodi di trasporto, ma possono attraversare uno o entrambi i metodi nello stato on.

La commutazione tra i due stati comporta la modifica della tensione di gate del transistor. Una tensione di gate negativa crea lo stato off, poiché aumenta l'altezza della barriera di tunneling in modo che pochi elettroni possano attraversare la barriera. Una tensione di gate positiva commuta il transistor allo stato acceso riducendo l'altezza della barriera di tunneling e, se la temperatura è sufficientemente elevata, consentendo anche la corrente termoionica oltre la barriera.

Per rendere il rapporto on/off il più alto possibile, i ricercatori hanno sfruttato il modo in cui la dipendenza della corrente di tunneling dalla tensione cambia per diversi livelli di tensione. A basse tensioni e basse temperature, la corrente di tunneling varia linearmente con la tensione, ma poi cresce esponenzialmente con la tensione a tensioni più elevate. A questo punto, la corrente termoionica diventa il meccanismo di trasporto dominante.

Utilizzando queste informazioni a proprio vantaggio, i ricercatori potrebbero sintonizzare il transistor per ottenere un rapporto on/off superiore a 1 x 10 ⁶ a temperatura ambiente, che è competitivo con i migliori transistor a base di grafene con qualsiasi materiale barriera. Per di più, questo livello di prestazioni soddisfa i requisiti per essere un candidato per i dispositivi elettronici post-CMOS di prossima generazione. Poiché il nuovo transistor è spesso solo pochi strati atomici, dovrebbe essere in grado di tollerare la flessione e potrebbe avere potenziali applicazioni in futuro flessibile, dispositivi elettronici trasparenti.

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