Les chercheurs du Berkeley Lab ont fabriqué le premier transistor à effet de champ entièrement bidimensionnel à partir de couches de bisulfure de molybdène, nitrure de bore hexagonal et graphène maintenus ensemble par une liaison van der Waals. Crédit :Ali Javey, Laboratoire de Berkeley
Des architectures de dispositifs électroniques plus rapides sont en vue avec le dévoilement du premier transistor à effet de champ (FET) entièrement bidimensionnel au monde par des chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab). Contrairement aux FET conventionnels en silicium, ces FET 2D ne subissent aucune baisse de performances sous des tensions élevées et offrent une mobilité élevée des électrons, même lorsqu'il est mis à l'échelle à une monocouche d'épaisseur.
Ali Javey, chercheur à la faculté des sciences des matériaux du Berkeley Lab et professeur de génie électrique et d'informatique à l'UC Berkeley, a dirigé cette recherche dans laquelle des hétérostructures 2D ont été fabriquées à partir de couches d'un dichalcogénure de métal de transition, nitrure de bore hexagonal et graphène empilés via des interactions de van der Waals.
"Notre travail représente un tremplin important vers la réalisation d'une nouvelle classe de dispositifs électroniques dans lesquels les interfaces basées sur les interactions de van der Waals plutôt que sur la liaison covalente offrent un degré de contrôle sans précédent dans l'ingénierie des matériaux et l'exploration de dispositifs, " dit Javey. " Les résultats démontrent la promesse d'utiliser un système de matériaux toutes couches pour les futures applications électroniques. "
Javey est l'auteur correspondant d'un article décrivant cette recherche dans ACS Nano intitulé "Transistors à effet de champ construits à partir de tous les composants matériels bidimensionnels". Les co-auteurs sont Tania Roy, Mahmut Tosun, Jeong Seuk Kang, Angada Sachid, Sujay Desai, Mark Hettick et Chenming Hu.
Tania Roy et Ali Javey ont fabriqué un transistor à effet de champ 2D qui offre une mobilité élevée des électrons même sous des tensions élevées et à l'échelle d'une monocouche d'épaisseur. Crédit :Roy Kaltschmidt, Laboratoire de Berkeley
FET, soi-disant parce qu'un signal électrique envoyé à travers une électrode crée un courant électrique dans tout l'appareil, sont l'un des piliers de l'industrie électronique, omniprésent dans les ordinateurs, téléphones portables, comprimés, tampons et pratiquement tous les autres appareils électroniques largement utilisés. Tous les FET sont constitués d'une porte, électrodes de source et de drain reliées par un canal à travers lequel circule un porteur de charge - soit des électrons soit des trous. Les discordances entre la structure cristalline et les réseaux atomiques de ces composants individuels se traduisent par des surfaces rugueuses - souvent avec des liaisons chimiques pendantes - qui dégradent la mobilité des porteurs de charge, surtout à des champs électriques élevés.
"En construisant nos FET 2D de sorte que chaque composant soit fabriqué à partir de matériaux en couches avec des interfaces van der Waals, nous fournissons une structure de dispositif unique dans laquelle l'épaisseur de chaque composant est bien définie sans aucune rugosité de surface, même pas au niveau atomique, " dit Javey. " La liaison van der Waals des interfaces et l'utilisation d'un processus de transfert en plusieurs étapes présentent une plate-forme pour fabriquer des dispositifs complexes basés sur des couches cristallines sans les contraintes des paramètres de réseau qui limitent souvent la croissance et les performances de l'hétérojonction conventionnelle matériaux."
Javey et son équipe ont fabriqué leurs FET 2D en utilisant le bisulfure de molybdène de dichalcogénure de métal de transition comme canal porteur d'électrons, nitrure de bore hexagonal comme isolant de grille, et le graphène comme source, électrodes de drain et de grille. Tous ces matériaux constitutifs sont des monocristaux maintenus ensemble par une liaison van der Waals.
Pour les FET 2D produits dans cette étude, une exfoliation mécanique a été utilisée pour créer les composants en couches. À l'avenir, Javey et son équipe étudieront la possibilité de cultiver ces couches hétérogènes directement sur un substrat. Ils chercheront également à réduire l'épaisseur des composants individuels à une monocouche et les longueurs des canaux à des dimensions à l'échelle moléculaire.
