Ricercatori dell'UC Santa Barbara, in collaborazione con l'Università di Notre Dame, hanno recentemente dimostrato la più alta corrente di pilotaggio riportata su un transistor costituito da un monostrato di diseleniuro di tungsteno (WSe2), un cristallo atomico bidimensionale classificato come dicalcogenuro di metallo di transizione (TMD). La scoperta è anche la prima dimostrazione di un transistor ad effetto di campo (FET) WSe2 di "tipo n", mostrando l'enorme potenziale di questo materiale per i futuri circuiti integrati a bassa potenza e ad alte prestazioni.

Il monostrato WSe2 è simile al grafene in quanto ha una struttura atomica esagonale e deriva dalla sua forma bulk stratificata in cui gli strati adiacenti sono tenuti insieme da forze di Van der Waals relativamente deboli. Però, WSe2 ha un vantaggio chiave rispetto al grafene.

"Oltre alle sue superfici atomicamente lisce, ha un notevole band gap di 1,6 eV, " ha spiegato Kaustav Banerjee, professore di ingegneria elettrica e informatica e direttore del Nanoelectronics Research Lab presso l'UCSB. Il team di ricerca di Banerjee comprende anche i ricercatori dell'UCSB Wei Liu, Jiahao Kang, Deblina Sarkar, Yasin Khatami e il professor Debdeep Jena di Notre Dame. Il loro studio è stato pubblicato nel numero di maggio 2013 di Nano lettere .

"C'è un crescente interesse in tutto il mondo per questi cristalli 2D a causa delle molte possibilità che offrono per la prossima generazione di elettronica integrata, optoelettronica e sensori, " ha commentato il professor Pulickel Ajayan, l'Anderson Professor of Engineering alla Rice University e un'autorità di fama mondiale sui nanomateriali. "Questo risultato è molto impressionante ed è il risultato della comprensione dettagliata della natura fisica dei contatti con questi cristalli 2D che il gruppo di Santa Barbara ha sviluppato".

"Comprendere la natura delle interfacce metallo-TMD è stata la chiave per la nostra progettazione e dimostrazione di transistor di successo, " ha spiegato Banerjee. Il gruppo di Banerjee ha aperto la strada a una metodologia utilizzando la teoria funzionale della densità (DFT) ab-initio che ha stabilito i criteri chiave necessari per valutare tali interfacce che portano ai migliori contatti possibili con i TMD monostrato.

La tecnica DFT è stata sperimentata dal professore emerito di fisica dell'UCSB Dr. Walter Kohn, per il quale è stato insignito del Premio Nobel per la Chimica nel 1998. "In un recente incontro con il professor Kohn, abbiamo discusso di come questa classe relativamente nuova di semiconduttori stia beneficiando di uno dei suoi contributi fondamentali, " ha detto Banerjee.

Wei Liu, un ricercatore post-dottorato nel gruppo di Banerjee e coautore dello studio, spiegato, "Guidati dalla metodologia di valutazione dei contatti che abbiamo sviluppato, i nostri transistor hanno raggiunto correnti ON fino a 210 uA/um, che sono il valore più alto riportato di corrente di azionamento su qualsiasi FET basato su TMD monostrato fino ad oggi." Sono stati anche in grado di raggiungere una mobilità di 142 cm2/V.s, che è il valore più alto riportato per qualsiasi FET TMD monostrato back-gated.

"Le simulazioni DFT forniscono approfondimenti critici sui vari fattori che determinano efficacemente la qualità delle interfacce a questi materiali 2D, che è necessario per ottenere basse resistenze di contatto." ha aggiunto Jiahao Kang, uno studente di dottorato nel gruppo di Banerjee e coautore dello studio.

"La nanoelettronica e la tecnologia informatica efficiente dal punto di vista energetico sono aree chiave di ricerca presso l'UCSB, campi in cui i nostri docenti sono rinomati per i loro successi. Con questi risultati, Il team del professor Banerjee continua a fornire importanti contributi di ricerca all'elettronica di prossima generazione, " ha commentato Rod Alferness, Preside del College of Engineering dell'UCSB.