Физики из США впервые смогли создать на листе графена p-n переход с локальным затвором. Плотность носителей заряда в устройстве контролируется прикреплёнными к поверхности листа электродами.

Физики давно обсуждали возможность создания p-n переходов на основе графена, уникального материала, который может вести себя и как полупроводник, и как материал с металлической проводимостью. Присоединив к листу графена два электрода с положительным и отрицательным потенциалом, соответственно, можно создать две области, обогащённые отрицательными и положительными носителями заряда – p-n переход, являющийся основой транзисторов.

Однако, до сих пор создание таких устройств было затруднительно. Дело в том, что нанесение металлического электрода на графеновый лист может вызвать повреждения или изменить электронные свойства графена. Логичным решением было бы сначала покрыть лист слоем изолятора, а наносить электрод уже на него, однако найти изолятор, способный формировать тонкие и упорядоченные слои на поверхности графена, – задача чрезвычайно сложная. Именно её и удалось решить исследователям из Гарвардского университета.

В новом методе используется послойное атомное напыление. Изолирующий слой создвавлся путём последовательного нанесения оксида азота, триметилалюминия и оксида алюминия. После этого на слой напылялся электрод из золота и титана. Изначально идея метода была предложена химиками для покрытия углеродных нанотрубок.

Большим достоинством метода является возможность создания покрытий с очень большой диэлектрической постоянной. Эта величина определяет, при какой разности потенциалов происходит пробой изолятора, что очень важно именно в подобных случаях, когда толщина изолирующего слоя может составлять всего несколько нанометров. Традиционные методы, использующие диоксид кремния или полиметил-метакрилат (ПММА), в этом уступают новому методу.

Надо сказать, что в данной конфигурации транзистор не является устройством, пригодным для реального переключения электрических токов в наноэлектронных устройствах. Дело в том, что графеновый лист обладает нулевой шириной запрещённой зоны. Однако известно, что тонкие графеновые полоски обладают запрещённой зоной. Над созданием транзисторов из графеновых полосок и работают исследователи в настоящее время.

Василий Артюхов