Rozwiązanie zmniejszające przecieki prądu w tranzystorach grafenowych przyspieszy praktyczne zastosowanie grafenu w budowie komputerów
Brytyjscy naukowcy z University of Manchester stworzyli materiał przekładkowy umożliwiający budowę w pełni funkcjonalnych grafenowych tranzystorów, które stanowią bazę do skonstruowania szybkich i tanich komputerów – informuje magazyn Science.
Warstwa grafenu o grubości jednego atomu stwarza zdecydowanie lepsze warunki do szybkiego przepływu elektronów niż warstwa krzemu o tej samej grubości. Właśnie ten materiał miał być podstawą do budowy superszybkich komputerów.
Jak się jednak okazało, konieczne będzie zwolnienie przepływu elektronów w warstwie grafenowej. Dla wykonania obliczeń w układzie muszą następować szybkie zmiany kierunku przepływu prądu poprzez włączanie i wyłączanie tranzystorów sterujących.
Skonstruowanie regulujących ten przepływ tranzystorów na bazie grafenu jest trudne, ze względu właśnie na ich zbyt wysoki współczynnik przewodnictwa. Powoduje on, że tranzystory w stanie wyłączenia, kiedy elektrony nie powinny przepływać, z powodu wysokiego przewodnictwa grafenu, generowane są „przecieki” elektronowe. Tranzystory te są więc mało funkcjonalne.
Zespół naukowców pod kierownictwem laureata Nagrody Nobla za odkrycie grafenu – prof. Konstantina Novoselova (dzieli nagrodę z prof. Andre Geimem) z University of Manchester, postanowił rozwiązać ten problem, tworząc zaawansowany materiał przekładkowy na bazie grafenu. Między dwie warstwy grafenu włożono warstwę dwusiarczku molibdenu. Działa on jak izolator, uniemożliwiając przepływ elektronów z jednej warstwy grafenu do drugiej. Pozwala to na zachowanie stanu wyłączenia bez przepływu elektronów.
Stan włączenia uruchamia się tworząc efekt mechaniki kwantowej – tunel elektronowy poprzez molibden. Zachodzi on bardzo rzadko, ale można wytworzyć go sztucznie, odpowiednio przykładając napięcie po obu stronach molibdenowej bariery. Prąd płynie wtedy poprzez warstwę dwusiarczku molibdenu, nadając dodatkową energię elektronom, co powoduje ich szybki przepływ. Tranzystor znajduje się wtedy w stanie włączonym. Zmieniając przykładane napięcie, naukowcy sterują przepływem elektronów, tworząc w pełni funkcjonalny tranzystor.
Grafenowy materiał przekładowy zmniejsza 10-krotnie przecieki elektronowe w stosunku do tranzystorów opartych na czystym grafenie. Zespół zamierza zmniejszyć przecieki do poziomu występującego w klasycznych tranzystorach krzemowych, poprzez zwiększenie grubości warstwy dwusiarczku molibdenu. Opracowanie bowiem funkcjonalnych tranzystorów grafenowych, według Novoselova, daje możliwość skonstruowania tanich, szybkich komputerów osobistych.
