При помощи процессов самосборки группе исследователей из США удалось сконструировать перспективный графеновый транзистор, который может быть применен в будущем в радиочастотной электронике.

Графен, будучи модным объектом исследований современных матераловедов, является чрезвычайно перспективным для применения в области электроники, в частности, высокая подвижность носителей заряда, присущая графену, делает этот материал особенно интересным для радиочастотной элеткроники (или сверхвысокоскоростной электроники). Но на пути внедрения графена в современное производство стоит серьезная проблема: в процессе изготовления транзистора в углеродном монослое появляются дефекты, которые делают функционирование прибора невозможным.

Для решения этой проблемы был предложен следующий прием: в качестве затвора транзистора используется нанонить, а сток и исток определяются в ходе процесса самосборки нанонитей на поверхности графенового листа. Графеновые транзисторы с длиной канала 140 нм обладают значением тока 3,32 мА*мкм-1 и активной междуэлектродной провидимостью на уровне 1,27мСм*мкм-1. Важно отметить, что микроволновые измерения описываемого устройства показывает, что собственная предельная частота составляет величину 100–300 ГГц, а наружная – порядка нескольких гигагерц, ограничивающейся в основном паразитной емкостью подложки.

Рис.1. Схема графенового транзистора, a – общий план, b – вид сбоку.

На рис.1 приведена схема графенового транзистора. Нить, использованная как затвор, представляет собой Co2Si–Al2O3 структуру типа «ядро-оболочка», полученную методом CVD. ПЭМ такой нанонити приведена на рис.2. Эти структуры обладают достаточно высокой электропроводностью, что обусловило использование их в качестве затвора. На рис.3 приведены микрофотографии графеновых транзисторов, приготовленных авторами статьи.

Рис. 2. ПЭМ Co2Si–Al2O3 нанонити.

Рис. 3. Микрофотография графенового транзистора, a – общий план, b – вид сбоку.

Из-за больших сопротивлений, возникающих в схеме, необходимо дополнительное покрытие прибора слоем платины. На рис.4 приведено сравнение зависимостей тока от напряжения на затворе в случае неплатинированных образцов и платинированных и можно видеть существенное увеличение отклика устройства. Усиление по току для транзисторов с разной длиной канала приведено на рис. 5, и при можно видеть, что при увеличении размера канала предельная частота падает.

Рис. 4. Сравнение зависимостей тока от напряжения на затворе в случае неплатинированных образцов (с) и платинированных (d). Обратите внимание на шкалу ординат и на возрастание отклика после платинирования.

Рис. 5. Усиление по току в случае ширины канала: a – 144 нм (предельная частота 323 ГГц), b – 182 нм (предельная частота 168 ГГц), c – 210 нм (предельная частота 125 ГГц).

Таким образом, полученные графеновые транзисторы обладают наибольшей предельной частотой, превосходя по этому параметру MOSFET-транзисторы. Оригинальность работы заключается в том, что в получаемых структурах нет зазоров и перекрываний – и причиной тому является то, что сток и исток формируются в ходе процесса самосборки.

Результаты исследований опубликованы в статье:

Lei Liao, Yung-Chen Lin, Mingqiang Bao, Rui Cheng, Jingwei Bai, Yuan Liu, Yongquan Qu, Kang L. Wang, Yu Huang & Xiangfeng Duan High-speed graphene transistors with a self-aligned nanowire gate – Nature. – 467ю – P.305–308; doi:10.1038/nature09405; Published online 01 September 2010.

По материалам: