Еще не научились толком формировать микроэлектронные структуры на основе графена (монослой графита), а уже полным ходом исследуют свойства так называемых нанолент из графена (nanoribbons). Исследуют пока теоретически. Что касается изготовления самих структур, то про технологов говорят, что они изловчатся сделать что угодно, лишь бы это было очень нужно. Вот сейчас и выясняется, зачем бы это было нужно.

Как оказалось, сам графен в качестве канала полевых транзисторов в схемах логики и памяти не годится. У такого транзистора нет закрытого состояния. При изменении полярности напряжения на затворе с положительного на отрицательное изменяется только характер проводимости канала: вместо электронов в нем начинают проводить дырки. Эта особенность вызвана отсутствием запрещенной зоны в графене. Чтобы получить запрещенную зону, необходимо использовать двухслойный графен. Другую возможность предоставляют наноленты. Нанолентой называется вырезанная из графена полоска. Естественно, для приобретения новых по сравнению с простым графеном свойств она должна иметь нанометровую ширину. В этом случае запрещенная зона возникает из-за поперечного квантования (см. рис. 1, сверху).

Рис. 1. Выпрямитель на Z-контакте. Энергетический спектр в различных областях канала (сверху), атомная структура изогнутого канала (в центре), вид сбоку на структуру (снизу)

На характер квантования огромное влияние оказывает структура границы. Обратите внимание на то, что на рис. 1 (в центре) на разных участках расположение атомов на границе разное, кроме того, полоски вырезаны под разными углами. Из-за этого возникает и разная зонная структура.

Китайские и канадские ученые рассчитали проводимость структуры, представленной на рис. 1, и обнаружили у нее выпрямляющие свойства [1]. Для этого надо подать напряжение на затвор. На рис. 1 (сверху) штриховой линией изображен уровень Ферми в равновесном состоянии. Особое свойство предложенной структуры заключается в том, что носители из левого контакта (истока) проходят в правый контакт (сток) только в узком интервале энергий вблизи уровня Ферми. Еще следует обратить внимание на то, что в контактах носители дырки, а в канале – электроны. Если подать отрицательное напряжение на сток, носители будут в него проходить. Если подать положительное напряжение, то носители будут «упираться» в запрещенную зону. На этом и основан эффект выпрямления.

Казалось бы, это не ахти какое достижение, ведь давно хорошо известны конструкции выпрямляющих диодов: p-n переходы и контакты металл-полупроводник. Однако попробуйте их «продлить в нанометры» – у вас ничего не получится. Указанные контакты имеют характерный размер, меньше которого их делать нельзя. Этот размер равен ширине области обеднения, для легирования 1018см-3 это 40нм. Характерный размер рассматриваемых структур равен 4 нм и выпрямление тока в них основано совсем на других физических принципах.

В. Вьюрков

• 1. Z.F. Wang et al., Appl. Phys. Lett. 93, 133119 (2008)