Las arquitecturas de dispositivos electrónicos más rápidas están a la vista con la presentación del primer transistor de efecto de campo (FET) completamente bidimensional del mundo por investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab). A diferencia de los FET convencionales hechos de silicio, Estos FET 2D no sufren ninguna caída de rendimiento bajo altos voltajes y proporcionan una alta movilidad de electrones, incluso cuando se escala a una monocapa de espesor.

Ali Javey, un científico de la facultad en la División de Ciencias de los Materiales de Berkeley Lab y un profesor de ingeniería eléctrica e informática de la UC Berkeley, dirigió esta investigación en la que se fabricaron heteroestructuras 2D a partir de capas de un dicalcogenuro de metal de transición, nitruro de boro hexagonal y grafeno apilados mediante interacciones de van der Waals.

"Nuestro trabajo representa un paso importante hacia la realización de una nueva clase de dispositivos electrónicos en los que las interfaces basadas en interacciones de van der Waals en lugar de enlaces covalentes proporcionan un grado de control sin precedentes en la ingeniería de materiales y la exploración de dispositivos, ", Dice Javey." Los resultados demuestran la promesa de utilizar un sistema de materiales de todas las capas para futuras aplicaciones electrónicas ".

Javey es el autor correspondiente de un artículo que describe esta investigación en ACS Nano titulado "Transistores de efecto de campo construidos a partir de todos los componentes de materiales bidimensionales". Los coautores son Tania Roy, Mahmut Tosun, Jeong Seuk Kang, Angada Sachid, Sujay Desai, Mark Hettick y Chenming Hu.

FET, así llamado porque una señal eléctrica enviada a través de un electrodo crea una corriente eléctrica en todo el dispositivo, son uno de los pilares de la industria electrónica, omnipresente para las computadoras, celulares, tabletas, almohadillas y prácticamente todos los demás dispositivos electrónicos de uso generalizado. Todos los FET se componen de puerta, electrodos de fuente y drenaje conectados por un canal a través del cual fluye un portador de carga, ya sean electrones o huecos. Los desajustes entre la estructura cristalina y las redes atómicas de estos componentes individuales dan como resultado superficies rugosas, a menudo con enlaces químicos colgantes, que degradan la movilidad del portador de carga. especialmente en campos eléctricos elevados.

"Al construir nuestros FET 2D para que cada componente esté hecho de materiales en capas con interfaces de van der Waals, proporcionamos una estructura de dispositivo única en la que el grosor de cada componente está bien definido sin ninguna rugosidad superficial, ni siquiera a nivel atómico, ", Dice Javey." La unión de van der Waals de las interfaces y el uso de un proceso de transferencia de varios pasos presentan una plataforma para fabricar dispositivos complejos basados ​​en capas cristalinas sin las limitaciones de los parámetros de la red que a menudo limitan el crecimiento y el rendimiento de la heterounión convencional. materiales ".

Javey y su equipo fabricaron sus FET 2D utilizando el disulfuro de molibdeno dicalcogenuro de metal de transición como canal portador de electrones, nitruro de boro hexagonal como aislante de la puerta, y grafeno como fuente, electrodos de drenaje y compuerta. Todos estos materiales constituyentes son monocristales que se mantienen unidos mediante la unión de van der Waals.

Para los FET 2D producidos en este estudio, Se utilizó exfoliación mecánica para crear los componentes en capas. En el futuro, Javey y su equipo buscarán cultivar estas capas heterogéneas directamente sobre un sustrato. También buscarán reducir el grosor de los componentes individuales a una monocapa y las longitudes de los canales a dimensiones de escala molecular.