Нобелевские лауреаты Гейм и Новоселов избавили графеновые транзисторы от утечки электронов

3 февраля 2012 года

Нобелевские лауреаты Константин Новоселов и Андрей Гейм, работающие в университете Манчестера, разработали метод нейтрализации высоких токов утечки в графеновых транзисторах, что позволит создавать высокоэффективные полупроводниковые микросхемы на основе графена, не беспокоясь о перегреве, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

Группа под руководством Новоселова смогла нейтрализовать основное препятствие на пути к графеновой микроэлектронике - высокие токи утечки в транзисторах, вставив пленки графена в "сэндвич" из тончайших листов нитрида бора или дисульфида молибдена.

Максимальная производительность обычных кремниевых интегральных схем и их графеновых "наследников" ограничивается так называемыми токами утечки - "несанкционированным" движением электронов через транзисторы в выключенном состоянии. Утечка электронов генерирует тепловую энергию и вынуждает инженеров увеличивать напряжение тока, что еще раз усиливает нагрев микросхемы. Дальнейшая миниатюризация кремниевых транзисторов крайне затруднена из-за роста токов утечки.

Новоселов, Гейм и их коллеги использовали графен в качестве электрода в так называемом "туннельном транзисторе" - одной из разновидности обычных полевых транзисторов. В качестве подложки физики использовали классический диоксид кремния, к которому они прикрепили пластинку из специального диэлектрика - нитрида бора или дисульфида молибдена. Затем к диэлектрику прикреплялся слой графена, поверх него укладывался новый слой изолятора, следующий металлический или графеновый электрод и последний слой диэлектрика.

Как объясняют ученые, в этом устройстве ток движется из одного слоя графена в другой под действием электрического поля, которое блокирует или способствует "просачиванию" электронов через пластинки нитрида бора или дисульфида молибдена. Такая конструкция в сочетании с высокоэффективным диэлектриком позволяет избавиться от высоких токов утечки в состоянии покоя.

По оценкам исследователей, отношение тока в транзисторе во "включенном" и "выключенном" состоянии составляет 10 тысяч к одному, что открывает перспективы по созданию высокочастотной и высокопроизводительной графеновой электроники.

"Мы доказали эффективность нового концептуального подхода к графеновой электронике на практике. Уже в этом состоянии наши транзисторы неплохо работают. Я верю, что мы сможем многократно ускорить их работу, уменьшить их до нанометровых размеров и заставить их работать частоте, близкой к терагерцу", - говорит один из участников группы Леонид Пономаренко.