(Phys.org) —Un nuevo transistor basado en grafeno en el que los electrones viajan tanto por encima de una barrera como por debajo de ella (mediante un túnel) ha exhibido uno de los rendimientos más altos de los transistores basados ​​en grafeno hasta la fecha. La combinación de los dos tipos de transporte permite al transistor lograr una gran diferencia entre sus estados de encendido y apagado, dándole una alta relación de encendido / apagado, que hasta ahora ha sido difícil de lograr en transistores basados ​​en grafeno. Con esta ventaja, además de su capacidad para operar sobre sustratos transparentes y flexibles, el nuevo transistor podría desempeñar un papel en los dispositivos post-CMOS que se espera sean capaces de calcular a velocidades mucho más rápidas que los dispositivos actuales.

Los investigadores de la Universidad de Manchester en el Reino Unido, quien diseñó el nuevo transistor basado en grafeno, han publicado su estudio sobre el dispositivo en un número reciente de Nanotecnología de la naturaleza .

Como explican los investigadores en su estudio, previamente se han demostrado otros transistores basados ​​en grafeno, muchos de los cuales tienen una estructura de sándwich con láminas de grafeno de un átomo de espesor que forman las capas externas y un material ultrafino diferente que forma la capa intermedia. Esta capa intermedia puede constar de muchos materiales posibles. En el estudio actual, los investigadores utilizaron disulfuro de tungsteno bidimensional (WS ₂ ) como capa intermedia, que sirvió como una barrera atómicamente delgada entre las dos capas de grafeno.

La mayor ventaja de usar WS ₂ en comparación con la mayoría de los otros materiales de barrera es que WS ₂ Las propiedades químicas permiten que los electrones se crucen al pasar por encima de la barrera, como en el transporte termoiónico, o debajo de ella, como en tunelización. En el estado apagado muy pocos electrones pueden cruzar la barrera por cualquier método de transporte, pero pueden cruzar por uno o ambos métodos en el estado encendido.

Cambiar entre los dos estados implica cambiar el voltaje de la puerta del transistor. Un voltaje de puerta negativo crea el estado apagado, ya que aumenta la altura de la barrera de tunelización de modo que pocos electrones pueden cruzar la barrera. Un voltaje de compuerta positivo cambia el transistor al estado de encendido al reducir la altura de la barrera de túnel y, si la temperatura es lo suficientemente alta, también permite la corriente termoiónica sobre la barrera.

Para que la relación de encendido / apagado sea lo más alta posible, los investigadores aprovecharon la forma en que la dependencia de la corriente de túnel de los cambios de voltaje para diferentes niveles de voltaje. A bajas tensiones y bajas temperaturas, la corriente de túnel varía linealmente con el voltaje, pero luego crece exponencialmente con el voltaje a voltajes más altos. En este punto, La corriente termoiónica se convierte en el mecanismo de transporte dominante.

Usando esta información a su favor, los investigadores pudieron sintonizar el transistor para lograr una relación de encendido / apagado superior a 1 x 10 ⁶ a temperatura ambiente, que es competitivo con los mejores transistores basados ​​en grafeno con cualquier material de barrera. Es más, este nivel de desempeño satisface los requisitos para ser candidato a dispositivos electrónicos post-CMOS de próxima generación. Debido a que el nuevo transistor tiene solo unas pocas capas atómicas de espesor, debería poder tolerar la flexión y podría tener aplicaciones potenciales en el futuro flexible, dispositivos electrónicos transparentes.

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