(Phys.org) - Un nouveau transistor à base de graphène dans lequel les électrons se déplacent à la fois au-dessus et en dessous d'une barrière (par effet tunnel) a présenté l'une des performances les plus élevées des transistors à base de graphène à ce jour. La combinaison des deux types de transport permet au transistor d'atteindre une grande différence entre ses états passant et bloqué, lui donnant un rapport marche/arrêt élevé, ce qui était jusqu'à présent difficile à réaliser dans les transistors à base de graphène. Avec cet avantage, en plus de sa capacité à opérer sur des substrats transparents et souples, le nouveau transistor pourrait jouer un rôle dans les dispositifs post-CMOS qui devraient pouvoir calculer à des vitesses beaucoup plus rapides que les dispositifs actuels.

Les chercheurs de l'Université de Manchester au Royaume-Uni, qui a conçu le nouveau transistor à base de graphène, ont publié leur étude sur l'appareil dans un récent numéro de Nature Nanotechnologie .

Comme l'expliquent les chercheurs dans leur étude, d'autres transistors à base de graphène ont déjà été démontrés, dont beaucoup ont une structure sandwich avec des feuilles de graphène d'épaisseur atomique formant les couches externes et un matériau ultrafin différent formant la couche intermédiaire. Cette couche intermédiaire peut être constituée de plusieurs matériaux possibles. Dans l'étude actuelle, les chercheurs ont utilisé du disulfure de tungstène bidimensionnel (WS 2 ) comme couche intermédiaire, qui a servi de barrière atomiquement mince entre les deux couches de graphène.

Le plus grand avantage de l'utilisation de WS 2 par rapport à la plupart des autres matériaux de barrière est que WS 2 les propriétés chimiques de ' permettent aux électrons de traverser soit en franchissant la barrière, comme dans le transport thermoionique, ou en dessous, comme dans le creusement de tunnels. A l'état éteint, très peu d'électrons peuvent traverser la barrière par l'une ou l'autre méthode de transport, mais ils peuvent traverser par une ou les deux méthodes dans l'état activé.

La commutation entre les deux états implique de changer la tension de grille du transistor. Une tension de grille négative crée l'état bloqué, car il augmente la hauteur de la barrière tunnel de sorte que peu d'électrons puissent traverser la barrière. Une tension de grille positive fait passer le transistor à l'état passant en réduisant la hauteur de la barrière tunnel et, si la température est suffisamment élevée, en autorisant également le courant thermoionique au-dessus de la barrière.

Pour rendre le rapport marche/arrêt aussi élevé que possible, les chercheurs ont profité de la façon dont la dépendance du courant tunnel à la tension change pour différents niveaux de tension. Aux basses tensions et basses températures, le courant tunnel varie linéairement avec la tension, mais croît ensuite de façon exponentielle avec la tension à des tensions plus élevées. À ce point, le courant thermoionique devient le mécanisme de transport dominant.

En utilisant ces informations à leur avantage, les chercheurs ont pu régler le transistor pour obtenir un rapport marche/arrêt supérieur à 1 x 10 ⁶ à température ambiante, qui est compétitif avec les meilleurs transistors à base de graphène avec n'importe quel matériau barrière. Par ailleurs, ce niveau de performance satisfait aux exigences pour être candidat aux dispositifs électroniques post-CMOS de nouvelle génération. Parce que le nouveau transistor n'a que quelques couches atomiques d'épaisseur, il doit être capable de tolérer la flexion et pourrait avoir des applications potentielles dans le futur flexible, appareils électroniques transparents.

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