Kaksiulotteinen tehostaa transistoria

Yksi elektroniikan haasteista transistorien pienetessä on ollut pitää niiden hukkateho kurissa.

Kalifornian Santa Barbaran yhdessä Rice yliopiston insinöörien kanssa ovat demonstroineet uuden transistorin, joka kytkee vain 0,1 voltilla ja pienentää tehon hävikkiä yli 90% verrattuna parhaimpiin piimosfetteihin.

Nykyisillä materiaaleilla transistorin riittävän kytkentäjyrkkyyden ylläpitämiseksi tarvitaan vähintään 60 millivolttinen hilajännitteen muutos muuttamaan virtaa dekadin verran.

Sellaisiin on tähdätty kvanttimekaniikan ilmiötä hyödyntävillä tunneloivilla feteillä (TFET). Nykymateriaaleilla niissäkin ilmenee rajoituksia, koska materiaalien korkea pintatilojen tiheys lisää vuotovirtaa ja heikentää muutosjyrkkyyttä.

Nyt kehitetty uusi transistorirakenne hyödyntää kaistalta kaistalle tunnelointia (BTBT) tunnelikanavatransistorissa (TFET) jolle saatiin alle 30 millivolttinen muutos per dekadi neljän dekadin nieluvirta-alueella.

Saavutuksen keskeinen tekijä oli käyttää kaksiulotteista molybdeenidisulfidia (MoS2). Tuloksena oleva pystysuora heterorakenne tarjoaa uudenlaisen lähde-kanava liitoksen, joka on matala este virtaa kantaville elektroneille tunneloitua germaniumista MoS2:een ohuen van der Waalsin raon ja laajan tunnelointialueen kautta.

Transistorin uudenlainen lähde-kanavaliitoksen rakenne suodattaa pois korkean energian elektroneja mikä tekee off-tilan virran mitättömän pieneksi", kuvaa UCSB:n Kaustav Banerjee kehitystyön tuloksia.

Monet tutkijat pitävät saavutusta merkittävänä virstanpylväänä tuoda kaksiulotteiset materiaalit lähemmäksi käytännön elektroniikkaa.

Tutkijat arvelevat, että jo nykyisellään heidän kehittämäänsä transistoria voidaan käyttää useissa pienitehoisissa sovelluksissa, kuten alueilla joissa jyrkkä kynnysalueen muutos on tärkein vaatimus, kuten bio- tai kaasuanturien parissa.