Transistoreita molekyylien ja puolijohteiden yhdistelmästä

Chicagon yliopiston ja Argonnen kansallislaboratorion tiedemiesryhmä on luonut uudenlaisen ultraohuen transistorin. Perinteisen version suurempien kolmiulotteisten puolijohdekerrosten sijaan uusi transistori on valmistettu atomaarisen ohuesta puolijohdekerroksesta, jonka päällä on molekyylikidelevy.

Se toimii perustavanlaatuisesti eri periaatteella kuin perinteiset transistorit käyttäen ilmiötä nimeltä varauksen lokalisaatio, joka oli aiemmin saavutettu vain materiaaleissa, jotka jäähdytettiin kryogeenisesti erittäin alhaisiin lämpötiloihin. Tiimin uudet transistorit voivat kuitenkin toimia huoneenlämmössä.

Heidän koko järjestelmänsä on vain neljän atomin paksuinen, ja tutkijat mittasivat sen suorituskyvyn verrattavaksi erittäin hyviin perinteisiin transistoreihin.

”Tämä transistori käyttäytyy hyvin eri tavalla kuin perinteinen transistori, ja se antaa paljon mielenkiintoisia ominaisuuksia, joita perinteisillä transistoreilla ei ole”, sanoo postdoc-tutkija Mengyu Gao.

Tutkijat toivovat, että löydökset avaavat uusia teknologian mahdollisuuksia, mukaan lukien mikroelektroniikka ja tietojenkäsittely, mutta myös antavat vauhtia uusille perustavanlaatuisille löydöksille luonnonlaeista.

Chicagon yliopiston professori Jiwoong Parkin laboratorio on erikoistunut erittäin ohutkerroksisiin materiaaleihin, joilla voi olla epätavallisia ominaisuuksia.

Tässä tapauksessa he asettivat atomin paksuisen molekyylikerroksen, jota kutsutaan peryleenidi-imidiksi, kolmen atomin paksuisen puolijohdekerroksen päälle. Kun Gao testasi tämän hybridikaksoiskerroskalvon johtavuutta, hän havaitsi oudon ilmiön.

Materiaali johti sähköä erittäin hyvin ja jatkoi johtamistaan sitä mukaa, kun hän lisäsi siihen elektroneja – tiettyyn käännekohtaan asti. Tässä vaiheessa materiaalista tuli eriste, joka pysäytti virran kulun.

”Näin tämän kuopan heti ja tiesin, että meillä oli jotain mielenkiintoista”, Gao sanoi. ”Mutta kun yritimme kaivautua syvemmälle selittääksemme näkemäämme, aloimme tajuta, että tämä oli jotain, mitä kukaan ei ollut ennen nähnyt.”

Kun tutkijat testasivat sen suorituskykyä transistorina, he havaitsivat sen toimivan erittäin hyvin – lähes nykyisten tehokkaiden piitransistorien tasolla.

Tavallisissa piitransistoreissa on yhdistettävä useita eri puolijohdekerroksia, joihin on siroteltu erityyppisiä atomeja, jotka tunnetaan n- ja p-tyypin kerroksina. Mutta tämä uusi rakenne ei tarvitse sellaista.

Lisäksi tarvittava jännite on kokonaisuudessaan alhaisempi. Uusi transistori osoittaa myös täysin uudenlaista käyttäytymistä materiaalissa, jota voidaan luotettavasti valmistaa ja integroida suurissa mittakaavoissa. Viimeisenä mutta merkittävänä asiana on, että kaikki tämä voi tapahtua huoneenlämmössä.

Aiheesta aiemmin:

Transistoreita kvanttisiruille

Kuumia kantajia ja 2D-eristeitä transistoreille

Magnetosähköinen transistori