Исследователи из США создали новейшие гибкие полевые транзисторы на основе графена с рекордно высокой плотностью тока, наибольшей мощностью и максимальным усилением из когда-либо достигнутых. Более того, созданные транзисторы демонстрируют практически симметричный ток электронов и дырок проводимости, а также представляют собой наиболее механически гибкие устройства, сформированные из графена. Самое интересное, что они могут во время работы погружаться в жидкость, и это не принесет им никакого вреда.

Графен представляет собой одноатомный плоский лист углерода, в котором отдельные атомы формируют гексагональную кристаллическую решетку, по форме напоминающую соты. Этот материал обладает многими уникальными электронными и механическими свойствами. К примеру, свободные носители заряда в графене отличаются чрезвычайно высокой подвижностью. Это означает, что данный материал может использоваться в качестве основы и соединителей для сверхбыстрых электронных устройств.

Материал также поглощает свет в сравнительно широком диапазоне длин волн электромагнитного спектра (от видимой до середины инфракрасной области), а за счет своей толщины, он остается достаточно прозрачным для света. Также графен является гибким и одновременно очень прочным материалом.

За счет своих свойств графен пользуется популярностью у ученых, почти каждый месяц предлагающих новые схемы использования этого материала в современной науке и технике. Одно из перспективных приложений, как было отмечено выше, – создание сверхбыстрых транзисторов с уникальными свойствами. Именно по этому пути продвигалась научная группа из США.

Ученые из University of Texas (США) создали свой полевой транзистор на поверхности диэлектрика (с определенной структурой), размещенного на пластиковой подложке, благодаря обычному методу электронной литографии.

Сформированный транзистор имеет инновационную структуру: электрод затвора с несколькими штифтами, внедрен прямо в пластиковый лист. Графеновая вставка в этом транзисторе была произведена путем химического осаждения из парообразного состояния (листы графена, произведенные таким методом, на сегодняшний день не уступают по своей частоте полученным при помощи «отшелушивания» или так называемого «метода липкой ленты»).

Инновация в предложенной методики заключается в том, что графен может быть легко интегрирован в устройство, т.е. сформирован прямо на подложке, заранее «структурированной» металлическими электродами.

Это позволяет создать транзистор, в котором носители заряда, причем, как электроны, так и дырки проводимости, могут двигаться с чрезвычайно высокой скоростью, позволяя устройству работать на частотах до 2,23 Ггц.

При этом устройство является достаточно гибким: оно может подвергаться механическому растяжению до 9% и изгибаться или разгибаться непрерывным циклом более чем 20 раз (что на сегодняшний день является рекордом для графеновых полевых транзисторов). При этом транзистор является устойчивым к воздействию жидкостей. Поверхность графена пассивируется при помощи нитрида кремния, таким образом,

устройство может быть без вреда помещено в большинство «повседневных» жидкостей (чай, кофе, молоко). Также оно может выдержать вес транспортного средства. Потенциальные приложения разработанного устройства чрезвычайно широки, от гибких смартфонов и дисплеев, до умной одежды и даже стен.

Работа научной группы будет представлена на конференции IEDM в Сан-Франциско. В ближайшем будущем команда планирует заняться разработкой гибких мобильных систем и радиоприемников, работающих на гигагерцовых частотах.