Российские учёные предложили новый тип транзистора на основе двухслойного графена и с помощью моделирования доказали, что он обладает рекордно низким энергопотреблением по сравнению с существующими аналогами.
В исследованиях принимали участие специалисты Московского физико-технического института (МФТИ) и Физико-технологического института РАН, а также их коллеги из университета Тохоку (Япония). Результаты работы приведены в журнале Scientific Reports.
Зависимость энергии электрона от импульса в двухслойном графене, напоминающая мексиканскую шляпу, и энергетическая зависимость плотности состояний
Создание транзисторов, способных переключаться при малых напряжениях (менее 0,5 В), является одной из серьёзнейших проблем современной электроники. Наиболее перспективными кандидатами для её решения являются туннельные транзисторы. В отличие от классических транзисторов, где электроны «перепрыгивают» через энергетический барьер, в туннельных транзисторах электроны через барьер «просачиваются» благодаря квантовому эффекту туннелирования. Однако в большинстве полупроводников туннельный ток очень мал, и это не позволяет использовать туннельные транзисторы на их основе в реальных схемах.
На этот раз учёные предложили новую конструкцию туннельного транзистора на основе двухслойного графена. Как показало моделирование, благодаря низкому энергопотреблению появляется возможность значительного увеличения тактовой частоты процессоров. Согласно результатам расчётов, она может вырасти на два порядка.
Предложенная конструкция транзистора: двухслойный графен (красный слой) переносится на оксид кремния SiO2 или выращивается на подложке нитрида бора (hBN). Тонкий диэлектрик ZrO2 (2 нм) отделяет канал транзистора от управляющих затворов. Крайние затворы (doping gates) создают легированные контакты, центральный затвор (control gate) управляет прозрачностью туннельного барьера
Такие показатели возможны благодаря необычной зависимости энергии электрона от импульса в двухслойном графене, которая по внешнему виду напоминает мексиканскую шляпу.
Разработанная исследователями конструкция транзистора уникальна ещё по одной причине: для её создания не требуется химического легирования графена, то есть растворения небольших количеств одного полупроводника в другом, которое служит для увеличения электропроводности. Операция легирования является одной из самых сложных в микроэлектронной технологии.
Более подробную информацию о предложенной технологии можно найти здесь.
Источник:
