ترانزيستور گرافني

[.sOuDeH. 16059]

گرافن بسيار رسانا است و بنابراين براي کاربردهاي الکترونيکي ايده‌آل است. با اين حال، رسانايي بسيار بالاي آن نيز مي‌تواند مشکل‌ساز باشد، زيرا افزاره‌هاي ساخته شده از اين ماده حتي هنگام وضعيت خاموش نيز، رسانش خود را حفظ مي‌کنند. اکنون محققان در دانشگاه منچستر با ساخت نوع جديدي از ترانزيستور گرافني که حاوي لايه‌هايي از نيتريد بور يا دي‌سولفيد موليبدن قرار گرفته بين صفحه‌هاي گرافني است، يک قدم به سمت غلبه بر اين مشکل حرکت کرده‌اند. اين لايه‌ها بعنوان مانع‌هاي عمودي تونل‌زني عمل مي‌کنند و نشت جريان حتي در دماي اتاق را به حداقل مي‌رسانند.

 

 

در زمينه الکترونيک گرافني، مشکل بزرگي وجود دارد. مدارهاي مجتمع، هنگامي که در وضعيت خاموش هستند، نبايد الکتريسيته مصرف کنند؛ اما افزاره‌هاي ساخته شده از گرافن حتي در بهترين وضعيت خاموش نيز رسانش را ادامه مي‌دهند. اين ويژگي نه تنها باعث اتلاف توان مي‌شود، بلکه بدين معني نيز است که اين افزاره‌ها را نمي‌توان روي تراشه‌هاي رايانه‌اي فشرده کرد، زيرا جريان الکتريکي عبورکننده از سرتاسر گرافن اين تراشه‌ها را تقريبا فورا ذوب مي‌کند.

 

 

دليل اين‌که اين ماده اين‌گونه رفتار مي‌کند، اين است که گرافن برخلاف سيليکون نيمه‌رسانا هيچ گپي بين باندهاي رسانش و ظرفيتش ندارد. چنين باندگپي به يک ماده اجازه مي‌دهد که وضعيت عبور جريان الکترون‌ها را خاموش و روشن کند. دانشمندان راه‌هاي متنوعي براي غلبه بر اين مشکل ارائه کرده‌اند؛ براي مثال، تبديل گرافن به نيمه‌رسانا با استفاده از روبان‌هاي نانومقياس يا نقاط کوانتومي و يا اصلاح شيميايي آن. اما اين روش‌ها خواص عالي گرافن از جمله تحرک بالاي الکترون‌هاي آن را تحت تاثير قرار مي‌دهند.

 

 

اکنون گروهي به رهبري «لي‌اُنيد پونومارنکو» نوع جديدي از افزاره‌هاي گرافني - يک ترانزيستور تونل‌زن اثر ميداني عمودي- ساخته‌اند. اين افزاره اولين افزاره گرافني است که با وجود فقدان يک گپ انرژي در ساختار باندي ماده، بين وضعيت‌هاي روشن و خاموش به خوبي سويچ مي‌کند.

 

 

اين ترانزيستور از دو صفحه گرافني که بين آنها عايق‌هاي نازک اتمي از قبيل نيتريد بور يا دي‌سولفيد موليبدن است، ساخته شده است. اين عايق‌هاي نازک بعنوان مانع‌هايي براي تونل‌زني الکترون‌ها از يک لايه به لايه ديگر عمل مي‌کنند. مزيت اين ساختار اين است که جريان عمود بر اين لايه‌هاي ماده عايق که جريان تونل‌زن است را مي‌توان با يک ميدان الکتريکي خارجي کنترل کرد.

 

 

اگرچه هر عايق را مي‌توان بعنوان يک مانع تونل‌زن در نظر گرفت، اما زماني که اين مانع ضخامتي به اندازه چند اتم دارد، جريان تونل‌زن را مي‌توان به آساني اندازه‌گيري کرد. طبق گفته اين محققان، اين افزاره بواسطه ويژگي بي‌نظير گرافن که در نتيجه آن يک ولتاژ خارجي مي‌تواند انرژي الکترون‌هاي تونل‌زن را به شدت تغيير دهد، کار مي‌کند.

 

 

اين محققان، جزئيات نتايج کار تحقيقاتي خود را در مجله‌ي «Science» منتشر کرده‌اند.