Grafeen on väga hea juhtivusega materjal ning sobib seetõttu elektroonikakomponentide valmistamiseks. Grafeenseadmete probleemiks on aga seni olnud seadmete tööoleku muutmise vähene praktilisus. Pidevas tööolekus olev mikroseade raiskab energiat ning välistab integreeritud kiipide valmistamise, sest lekkevoolude tõttu põleks seade lihtsalt läbi. Nüüd on aga teadlased probleemi lahendusele sammukese võrra lähemal, olles valmistanud toatemperatuuril töötava sisse-välja lülitatava grafeenist transistori.
Vertikaalne grafeentransistor.
Vastupidiselt räni-pooljuhile ei ole grafeenil juhtivus- ega valentstsooni vahel keelutsooni, mis lubaks juhtivustsooni laengukandjate tihedust muuta ning selle kaudu seadme tööolekut kontrollida. Teadlased on välja pakkunud mitmeid lahendusi, näiteks nanoribade (nanoscale ribbons) või kvant-täppide kasutamist, aga ka grafeeni keemilist modifitseerimist nii, et tekiks indutseeritud keelutsoon. Põhimõtteliselt on eelnimetatud variandid võimalikud, ent kahjustavad grafeeni sedavõrd, et materjali juhtivus väheneb.
Manchesteri Ülikooli teadlane Leonid Ponomarenko on koostöös Nobeli laureaatide Kostya Novoselovi ning Andre Geimiga välja töötanud uue põlvkonna grafeenseadme – vertikaalse tunnelleeriva väljatransistori. Tegemist on esimese omalaadse grafeenseadmega. Transistor on täisfunktsionaalne, seda saab nii sisse kui välja lülitada, hoolimata tõsiasjast, et seadmes puudub keelutsoon.
Transistor on valmistatud kahest grafeenlehest (loe grafeeni kohta siit), mille vahele on paigutatud mõne aatomi paksune kiht isolaatormaterjali boornitriidi (BN) või molübdeendisulfiidi (MoS2). Isolaatorkiht takistab grafeeni kihtide vahelist elektronide tunnelleerumist. Komposiidiga ristsuunas liikuva voolu ning sellega kaasneva tunnelleerumisvoolu tihedust saab välise elektrivälja abil muuta. “Elektriväli indutseerib grafeenis elektrone, millel on suurem tõenäosus grafeenikihtide vahel tunnelleeruda. Mida tugevam on väli, seda rohkem taolisi laengukandjaid tekib,” seletab Ponoramenko.
Pea iga isolaator takistab elektronide tunnelleerumist, ent efektiivselt on tunnelleerumisvool mõõdetav vaid paari aatomi paksuse materjali puhul. BN ja MoS2 on selleks hästi sobivad materjalid, sest nendest õhukeste kihtide saamine toimub lihtsa ”kleepsumeetodiga” (vaata siit), mida kasutatakse ka grafiidist grafeeni valmistamiseks.
Grafeenil on unikaalne omadus, mis lubab selles tunnelleeruvate elektronide energiat välise elektrivälja abil moduleerida, ütleb Ponomarenko. ”Arvan, et oleme sillutanud tee grafeenipõhiste integreeritud seadmete valmistamiseks,” lisab ta.
“Meie valmistatud transistor on oluline saavutus, aga sellest veelgi tähtsam on arendatud komposiitpõhimõte,“ lisab Geim. „Tunnelleerumise efektil töötav transistor on vaid näide lõpututest kihtstruktuur-seadmetest ning materjalidest, mis meie meetodil valmistatavad on,“ lisab Novoselov.
Teadusrühm keskendub edasises uurimistöös grafeeni kombineerimisele teiste 2D materjalidega. „On oluline teada, millised on meie tunneltransistoride tööomadused nano-mastaabis, ning leida töösageduse ülempiirid,“ lisab Ponomarenko.
Allikas: NanotechWeb
Leave a Reply