Многие наноструктуры «примерялись» на роль канала проводимости в полевых транзисторах. В частности, в этой роли прекрасно бы смотрелся графен, благодаря высокой подвижности зарядов. Однако по своей природе графен является полуметаллом, и для применения его в полевых транзисторах необходимо порезать графен на ленты, которые обладают запрещенной зоной. Однако этот процесс технологически довольно сложен, поэтому исследователи были бы счастливы найти некоторую альтернативу.

В качестве такой альтернативы мог бы выступать дисульфид молибдена (о нем кратко мы уже писали), чья слоистая структура (в каждом слое атом молибдена находится в центре тригональной призмы, образованной атомами серы) сближает его со структурой графита, поэтому возможно получить монослой MoS₂ теми же методами, что и в случае графена.

Рис. 1. Структура дисульфида молибдена.

Вместе с тем, монослой дисульфида молибдена, обладая сравнимой с графеном подвижностью зарядов, является полупроводником, поэтому его можно использовать как канал проводимости в полевых полупроводниках без дополнительной обработки.

Руководствуясь этими соображениями, коллектив ученых из федеральной политехнической школы Лозанны собрал полевой транзистор с изолированным затвором.

Для начала ученые, вооружившись скотчем, отделили монослой MoS₂ от объемного материала и перенесли его на подложку сильно легированного SiO₂. Методом элекетронно-лучевой литографии были нанесены контакты, после чего были нанесены золотые электроды. Для удаления излишек резиста и уменьшения сопротивления контактов, устройство отожгли при температуре 200^oС. Однако подвижность зарядов в полученной структуре оказалась недостаточной (до 10 см²В^-1с^-1 против 200 см²В^-1с^-1 у полосок графена), поэтому авторы статьи решили нанести слой оксида гафния (IV), который с одной стороны изолирует затвор, а с другой увеличивает подвижность носителей заряда. И действительно, исследователям удалось значительно увеличить подвижность зарядов (до 217 см²В^-1с^-1), что объясняется уменьшением резерфордовского рассеяния из-за увеличения диэлектрической проницаемости окружения.

Рис. 2. а) схематическое изображение устройства. b) ВАХ-характеристика транзистора при комнатной температуре (менялось напряжение на обратном затворе). В качестве обратного затвора используется сильно легированный слой SiO₂.

Рис. 3. а) ВАХ-характеристики транзистора (менялось напряжение на верхнем затворе) при разных напряжениях сток/исток, b) ВАХ-характеристики транзистора (менялось напряжение сток/исток). Линейная зависимость при малых напряжениях говорит об омическом поведении золотых контактов.

Ученые анализировали устройство, состоящие из двух соединенных транзисторов. При напряжении смещения 500 мВ отношение входящего тока к исходящему превысило 10⁸. Полученные характеристики близки к тем, что были получены для полевых транзисторов, где в качестве канала проводимости использовались полоски графена или кремниевые пленки. Логичным развитие этой работы станет получение целых микросхем с ипользованием описанных здесь транзисторов, что, возможно, станет прорывом в микроэлектронике.