Несмотря на широчайшую популярность кремния, как материала для изготовления микросхем, нет недостатка в претендентах на его место в электронике следующих поколений. Научный коллектив Центра физики интегрированных наноструктур при Университете Сонгюнгван (Корея) разработал высокопроизводительный транзистор на основе черного фосфора (BP), продемонстрировавший ряд впечатляющих результатов.

Оказалось, что изменяя толщину кристалла черного фосфора и/или металлических контактов можно получать полупроводник с проводимостью p-типа, n-типа или амбиполярный материал. Добиться того же от кремния можно только путем его легирования.

С алюминиевыми контактами образцы черного фосфора толщиной 13 нм обнаруживали амбиполярные свойства, аналогично графену, а тонкие 3-миллиметровые фрагменты являются униполярными с n-проводимостью и коэффициентом коммутации более 105. Чем тоньше были образцы, тем лучше они функционировали как коммутаторы.

Это означает, что фосфорные транзисторы могут быть очень компактными и с простой монолитной структурой толщиной всего в несколько атомов без слоев и включений других материалов.

Еще одним достоинством черного фосфора является высокая мобильность носителей заряда. Это позволяет транзисторам функционировать более быстро со сниженным рабочим напряжением, что значительно сокращает расход энергии.

В настоящее время черный фосфор еще не готов к коммерческому применению. Этому препятствует отсутствие метода изготовления монослоев BP в промышленных масштабах. Кроме того, лучшие кремниевые транзисторы не уступают по зарядовой мобильности этому материалу.

Тем не менее, как указал участник проекта Давид Перелло (David Perello), сам факт, что столь отличный транзистор можно делать так просто, не прибегая к высокоуровневому коммерческому оборудованию для выращивания и литографии, означает, что его показатели можно значительно улучшить. «Мы ожидаем, что верхний предел мобильности носителей зарядов в черном фосфоре будет намного выше, чем в кремнии», – заявил он.