新型石墨烯晶體管實現(xiàn)高開關(guān)比率有望應(yīng)用于柔性、透明電子設(shè)備制造

　　據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)1月23日(北京時間)報道，英國曼徹斯特大學(xué)的科研人員設(shè)計出一種新型石墨烯晶體管，在其中電子可借助隧穿和熱離子效應(yīng)，同時從上方和下方穿越障礙，并在室溫下展現(xiàn)出高達(dá)1×10⁶ 的開關(guān)比率。

　　石墨烯晶體管獲得較高的開關(guān)比率一直難以實現(xiàn)，而有了高開關(guān)比，以及其在柔性、透明基板上的操作能力，新型晶體管能夠在后CMOS設(shè)備時代占有一席之地，并有望達(dá)到更快的計算速度。真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)發(fā)現(xiàn)相關(guān)研究發(fā)表在近期出版的《自然·納米技術(shù)》雜志上。

　　石墨烯晶體管多具有三明治結(jié)構(gòu)，以原子厚度的石墨烯作為外層，而以其他超薄材料作為中間夾層。這些中間層可以囊括多種不同材料。在此次的研究中，科學(xué)家使用二硫化鎢(WS2)作為中間層，其能夠作為兩個石墨烯夾層之間原子厚度的壁壘。與其他壁壘材料相比，二硫化鎢的最大優(yōu)勢在于，電子可借助熱離子運(yùn)輸方式從上方越過障礙，也可利用隧穿效應(yīng)從下方穿過障礙。處于關(guān)閉狀態(tài)時，極少電子能借助上述方式穿越障礙，但當(dāng)調(diào)至開啟狀態(tài)時，電子既能選用一種方式逾越壁壘，亦能同時選擇兩種方式以實現(xiàn)類似效果。

　　開關(guān)間切換將改變晶體管的柵電壓。負(fù)柵電壓將形成關(guān)閉狀態(tài)，因為其將增加隧穿障礙高度，因此幾乎沒有電子能夠越過壁壘。而正柵電壓能通過降低隧穿障礙的高度使晶體管轉(zhuǎn)換至開啟狀態(tài)。同時，如果溫度足夠高，亦可借助熱離子電流從上方越過壁壘。在低電壓和低溫的情況下，隧穿電流與電壓呈線性關(guān)聯(lián)。但當(dāng)處于高壓下時，隧穿電流會隨電壓呈現(xiàn)指數(shù)增長，此時熱離子電流就會成為主要的傳輸機(jī)制。

　　利用上述特質(zhì)和二硫化鎢壁壘材料，新晶體管成為目前性能最佳的石墨烯晶體管之一。此外，由于僅具有幾個原子層的厚度，新型晶體管能夠耐受彎曲，未來更有望應(yīng)用于柔性、透明電子設(shè)備的制造，成為后CMOS設(shè)備時代的有力備選。