Chercheurs de l'UC Santa Barbara, en collaboration avec l'Université de Notre Dame, ont récemment démontré le courant de commande le plus élevé signalé sur un transistor constitué d'une monocouche de diséléniure de tungstène (WSe2), un cristal atomique bidimensionnel classé comme un dichalcogénure de métal de transition (TMD). La découverte est également la première démonstration d'un transistor à effet de champ WSe2 de type n (FET), montrant l'énorme potentiel de ce matériau pour les futurs circuits intégrés basse consommation et hautes performances.

La monocouche WSe2 est similaire au graphène en ce qu'elle a une structure atomique hexagonale et dérive de sa forme massive en couches dans laquelle les couches adjacentes sont maintenues ensemble par des forces de Van der Waals relativement faibles. Cependant, WSe2 a un avantage clé sur le graphène.

"En plus de ses surfaces atomiquement lisses, il a une bande interdite considérable de 1,6 eV, " a expliqué Kaustav Banerjee, professeur de génie électrique et informatique et directeur du laboratoire de recherche en nanoélectronique à l'UCSB. L'équipe de recherche de Banerjee comprend également les chercheurs de l'UCSB Wei Liu, Jiahao Kang, Deblina Sarkar, Yasin Khatami et le professeur Debdeep Jena de Notre-Dame. Leur étude a été publiée dans le numéro de mai 2013 de Lettres nano .

"Il y a un intérêt mondial croissant pour ces cristaux 2D en raison des nombreuses possibilités qu'ils offrent pour la prochaine génération d'électronique intégrée, optoélectronique et capteurs, " a commenté le professeur Pulickel Ajayan, le professeur Anderson d'ingénierie à l'Université Rice et une autorité de renommée mondiale sur les nanomatériaux. "Ce résultat est très impressionnant et le résultat de la compréhension détaillée de la nature physique des contacts avec ces cristaux 2D que le groupe de Santa Barbara a développés."

« La compréhension de la nature des interfaces métal-TMD a été la clé du succès de la conception et de la démonstration de nos transistors, " a expliqué Banerjee. Le groupe de Banerjee a lancé une méthodologie utilisant la théorie fonctionnelle de la densité ab-initio (DFT) qui a établi les critères clés nécessaires pour évaluer de telles interfaces menant aux meilleurs contacts possibles avec les TMD monocouches.

La technique DFT a été mise au point par le professeur émérite de physique de l'UCSB, le Dr Walter Kohn, pour lequel il a reçu le prix Nobel de chimie en 1998. « Lors d'une récente rencontre avec le professeur Kohn, nous avons discuté de la façon dont cette classe relativement nouvelle de semi-conducteurs bénéficie de l'une de ses contributions marquantes, " dit Banerjee.

Wei Liu, chercheur post-doctoral dans le groupe Banerjee et co-auteur de l'étude, expliqué, "Guidés par la méthodologie d'évaluation des contacts que nous avons développée, nos transistors ont atteint des courants ON aussi élevés que 210 uA/um, qui sont la valeur de courant d'entraînement la plus élevée signalée sur n'importe quel FET monocouche basé sur TMD à ce jour. » Ils ont également pu atteindre une mobilité de 142 cm2/V.s, qui est la valeur la plus élevée rapportée pour tout FET TMD monocouche à porte arrière.

"Les simulations DFT fournissent des informations critiques sur les différents facteurs qui déterminent efficacement la qualité des interfaces de ces matériaux 2D, ce qui est nécessaire pour obtenir de faibles résistances de contact." a ajouté Jiahao Kang, un doctorant dans le groupe de Banerjee et co-auteur de l'étude.

« La nanoélectronique et la technologie informatique à haut rendement énergétique sont des domaines de recherche clés à l'UCSB, domaines dans lesquels nos professeurs sont réputés pour leurs réalisations. Avec ces résultats, L'équipe du professeur Banerjee continue d'apporter d'importantes contributions de recherche à l'électronique de nouvelle génération, " a commenté Rod Alferness, Doyen du Collège d'ingénierie de l'UCSB.