Inorganic dopants behind graphene transistor progress — ABC Chemicals

Макроциклические комплексы лантаноидов наделяют графеновую электронику беспрецедентной стабильностью

Ученые в Индии создали графеновые полевые транзисторы, которые работают более 10 месяцев с некоторой помощью дискретных неорганических структур. Этот подход привел их к созданию графенового логического инвертора, который был бы стабилен в условиях окружающей среды.

Обычная электроника, как правило, основана на кремнии, благодаря легкости легирования кремния электронами или дырками. Эти две формы кремния, n- и p-типа, являются строительными блоками электронных устройств. Однако невозможно сделать кремниевую электронику на наноуровне, поэтому многие исследователи обращаются к таким материалам, как графен. 

Важным компонентом цифровой электроники является логический инвертор — устройство для переключения между фиксированными уровнями напряжения. Инверторы объединяют полевые транзисторы n-типа и полевые транзисторы p-типа, поэтому требуются графен как n-типа, так и p-типа. 

Inorganic dopants behind graphene transistor progress - ABC Chemicals

Но воспроизвести электронный успех кремния с 2D материалами оказалось трудным. Нетронутые полевые транзисторы с графеновым эффектом имеют тенденцию быть р-типа, и в предыдущих попытках сделать графен n-типа использовались органические легирующие примеси. По словам Чандрамули Субраманиама из Индийского технологического института (ИИТ), Бомбей, нестабильность органических добавок в условиях окружающей среды создает полевые транзисторы с графеновыми эффектами с «ненадежными и необратимыми характеристиками переноса». 

Субраманиам говорит, что «легирование графена n-типа ускользает от научного сообщества», вызывая узкое место у исследователей, разрабатывающих графеновую полупроводниковую электронику. Теперь команда, возглавляемая Субраманиамом и его коллегой из ИИТ в Бомбее Махешвараном Шанмугамом, впервые использовала комплексы лантаноидов для создания логических преобразователей на основе графена. 

Устройства стабильны в течение 7200 часов, что является беспрецедентным периодом времени, обусловленным взаимодействиями CH – π. В предыдущей работе использовались π-π-взаимодействия, возникающие из делокализованной структуры графена, для настройки его электрических свойств, но в этом случае Subramaniam и Shanmugam преднамеренно подавили эти взаимодействия. Их система зависит от взаимодействия CH – π между легирующими добавками графена и лантаноидов. Энергия связи между легирующей примесью и графеном значительно больше, чем в предыдущих системах, и напрямую связана со стабильностью полевого транзистора графена. 

Inorganic dopants behind graphene transistor progress - ABC Chemicals

Дзинбо Ли, эксперт по полевым транзисторам графена из Китайской академии наук в Пекине, говорит, что это исследование «может вдохновить [использование] более фундаментальных супрамолекулярных взаимодействий при настройке электрических свойств двумерных материалов». 

Помимо стабильности, другие свойства системы также впечатляют. Исследователи сообщают, что увеличение напряжения составляет 0,275 — Субраманиам объясняет, что оно «выше, чем другие отчеты, в которых используются электроды с нижним затвором [но] ниже, чем отчеты, в которых используются электроды с верхним затвором». А рассеиваемая мощность устройства 30 мкВт является «самой низкой по сравнению с несколькими другими родственными системами». 

Заглядывая в будущее, группа будет использовать свой новый метод для улучшения усиления по напряжению с помощью структур с верхним стробированием и p-легирующих примесей, и надеется, что это ускорит молекулярную электронику в реальных устройствах. 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *