Des chercheurs de l'Académie chinoise des sciences ont récemment fabriqué un transistor à effet de champ à effet tunnel transversal. Il s'agit d'un dispositif semi-conducteur qui peut être utilisé pour amplifier ou commuter l'alimentation électrique ou des signaux, fonctionnant à travers un phénomène connu sous le nom de tunnel quantique. Le nouveau transistor, présenté dans un article publié dans Nature Électronique , a été construit à l'aide d'une hétérostructure van der Waals, un matériau avec des couches atomiquement minces qui ne se mélangent pas, mais sont plutôt attachés via des interactions de van der Waals.

Les transistors à effet de champ tunnel sont un type expérimental de dispositif semi-conducteur qui fonctionne via un mécanisme connu sous le nom de tunneling bande à bande (BTBT). Ces transistors ont une large gamme d'applications, par exemple, dans le développement d'oscillateurs radiofréquence (RF) ou de composants de mémoire pour les appareils électroniques.

Dans ces appareils, transporteurs (c'est-à-dire particules transportant une charge électrique) typiquement tunnel à travers une barrière, allant dans le même sens que le courant de sortie total. Le courant dans ce tunnel contribue directement au courant global de l'appareil.

Pour fonctionner plus efficacement, ces appareils devraient idéalement être construits avec des interfaces de haute qualité et des bords de bande d'énergie nets. Les hétérostructures bidimensionnelles de van der Waals peuvent donc être des candidats optimaux pour leur fabrication, car les chercheurs peuvent facilement empiler différents matériaux les uns sur les autres, résultant en des interfaces de haute qualité et des bords de bande nets.

Pour permettre une efficacité de tunnel élevée dans les dispositifs à semi-conducteurs, les chercheurs doivent être capables d'ajuster la densité d'états avec un alignement au niveau de Fermi et de conserver la quantité de mouvement de la source à la fin dans l'espace de quantité de mouvement, sans impliquer les phonons. Les chercheurs qui ont mené la récente étude en vedette dans Nature Électronique ont découvert que l'utilisation de phosphore noir (BP) 2D leur permettait de faire ces deux choses.

"Les dispositifs tunnel qui présentent une résistance différentielle négative suivent généralement un principe de fonctionnement dans lequel le courant tunnel contribue directement au courant d'entraînement, " les chercheurs ont écrit dans leur article. " Ici, nous rapportons un transistor à effet de champ à effet tunnel fabriqué à partir d'un phosphore noir/Al 2 O 3 /phosphore noir de van der Waals hétérostructure dans laquelle le courant tunnel est dans le sens transversal par rapport au courant d'entraînement."

Dans le transistor de champ à effet tunnel transversal créé par cette équipe de chercheurs, le courant tunnel peut provoquer un changement drastique du courant de sortie via un effet électrostatique. Cela permet finalement à l'appareil d'atteindre une résistance différentielle négative réglable avec un rapport crête-à-vallée (PVR) de plus de 100 à température ambiante.

"Notre appareil présente également une commutation brusque, avec un facteur de corps (la variation relative de la tension de grille par rapport à celle du potentiel de surface) qui est un dixième de la limite de Boltzmann pour les transistors conventionnels sur une large plage de température, ", écrivent les chercheurs dans leur article.

Cette équipe de chercheurs de l'Académie chinoise des sciences a démontré la faisabilité de la fabrication de transistors à effet de champ à effet tunnel très efficaces à l'aide d'une hétérostructure verticale de van der Waals contenant du BP. À l'avenir, le nouveau dispositif pourrait être intégré dans un certain nombre d'électronique, améliorer potentiellement les performances des oscillateurs radiofréquence ou des applications logiques à valeurs multiples.

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