Сотрудники из МФТИ, Физико-технологического института РАН и Университета Тохоку (Япония) предложили новую конструкцию туннельного транзистора на основе двухслойного графена и с помощью моделирования доказали, что этот материал является идеальной платформой для низковольтной электроники.

Полученные результаты авторы обсуждают в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports. Наиболее значительным из них является уменьшение потребления энергии, позволяющее, согласно расчётам, увеличить трактовую частоту процессоров на два порядка величины.

Энергетические зоны двухслойного графена, имеют вид «сомбреро», и плотность электронов, которые можно разместить вблизи его загнутых краев, стремится к бесконечности. Благодаря этой особенности, называемой сингулярностью ван Хова, огромное число электронов с краев начинают туннелировать при приложении небольшого напряжения, что приводит к рекордно низкому энергопотреблению. При оптимальных условиях графеновый транзистор может изменять ток в десятки тысяч раз при колебании напряжения на затворе всего 150 милливольт.

Важной особенностью предложенного транзистора является использование «электрического легирования» (полевого эффекта) для создания туннельных p-n-переходов. Дополнительные электроны (или дырки) появляются в графене благодаря притяжению между близлежащими допинговыми шлюзами (doping gates).

Создание транзисторов, способных переключаться при малых напряжениях (менее 0,5 вольт) является одной из серьезнейших задач современной электроники. Наиболее перспективные варианты это туннельные транзисторы, в которых, в отличие от классических транзисторов, электроны не «перепрыгивают», а «просачиваются» сквозь энергетический барьер, благодаря квантовому эффекту туннелирования. Однако в большинстве полупроводников туннельный ток очень мал, и это не позволяло использовать туннельные транзисторы в реальных схемах.