Сделан очередной шаг к созданию коммерческих образцов графеновых транзисторов

отметили
30
человек
в архиве
Сделан очередной шаг к созданию коммерческих образцов графеновых транзисторов
Специалисты из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли и расположенного в том же американском городе кампуса Калифорнийского университета научились управлять шириной запрещенной зоны (области энергий, которая отделяет полностью заполненную электронами валентную зону от незаполненной зоны проводимости) двухслойного графена.

Как известно, обычный — однослойный — графен не имеет запрещенной зоны. «Этот факт серьезно ограничивает область его применения, — объясняет один из авторов исследования Фэн Ван (Feng Wang). — Конечно, изготовить полевой транзистор на основе такого графена можно, вот только «выключить» его не удастся». Двухслойный графен демонстрирует схожие свойства и тоже ведет себя как металл, однако ученым удалось выяснить, что запрещенную зону можно создать, нарушив симметрию двух слоев.

В 2006 году исследователи наблюдали формирование запрещенной зоны в образце двухслойного графена при химическом легировании одного из слоев атомами металла; к сожалению, этим процессом практически невозможно управлять (а значит, он не применим на практике). Тогда специалисты попробовали создать запрещенную зону с помощью регулируемого электрического поля: в конфигурации с одним затвором двухслойный графен действительно приобретал свойства диэлектрика, но только при температурах ниже 1 К, что соответствует куда меньшей ширине зоны, чем предсказывает теория.

В данной работе авторы экспериментировали с двухзатворным полевым транзистором (см. рис. ниже), что позволило им контролировать сразу два параметра: ширину запрещенной зоны и положение уровня Ферми (условного энергетического уровня, вероятность заполнения которого при температуре, отличной от абсолютного нуля, равна 0,5). В качестве нижнего затвора использовалась кремниевая подложка, которая была отделена от графена тонким слоем диэлектрика — диоксида кремния. Поверх графена располагались прозрачный слой оксида алюминия и верхний затвор, изготовленный из платины.

Выполняя измерения, ученые анализировали структуру оптических переходов в материале (поясним: для перехода из валентной зоны в зону проводимости электрону необходимо передать энергию, превышающую ширину запрещенной зоны; следовательно, при попадании пучка фотонов на графен пик в спектре поглощения будет соответствовать искомому значению ширины). «Электрическое сопротивление графена слишком сильно зависит от дефектов его структуры, — отмечает г-н Ван. — Добавьте немного примесных атомов — и внутренние свойства самого материала оценить будет уже невозможно. Вот мы и решили не связываться с измерениями сопротивления и сделали выбор в пользу оптических переходов».

В результате выяснилось, что управлять шириной запрещенной зоны в двухслойном графене довольно просто: необходимо лишь подобрать нужные затворные напряжения. При комнатной температуре авторы научились точно задавать значение ширины в пределах от 0 до 250 мэВ (у германия и кремния, напомним, ширина зоны фиксирована и составляет 740 и 1 200 мэВ соответственно).

По мнению ученых, двухслойный графен в будущем может использоваться при создании универсальных «настраиваемых» электронных устройств. «Нужно лишь расположить множество затворов по обеим сторонам графенового образца, — говорит еще один участник исследования Юаньбо Чжан (Yuanbo Zhang). — Тогда в любой заданной позиции можно будет создать как металлический соединитель, так и полупроводниковый прибор — транзистор. То есть любая конфигурация схемы формируется путем изменения затворных напряжений». Кроме того, узкая энергетическая щель позволяет использовать графен в оптоэлектронике для генерации излучения ИК-диапазона.
Добавил SKYnv SKYnv 12 Июня 2009
проблема (1)
Комментарии участников:
SKYnv
+1
SKYnv, 12 Июня 2009 , url


Войдите или станьте участником, чтобы комментировать