Yeni grafen temelli transistorü tasarlayan İngiltere Manchester Üniversitesi’nden araştırmacılar, Nature Nanotechnology dergisinin son sayısında aygıt üzerine yaptıkları çalışmayı yayınlandılar.
Araştırmacılar yaptıkları çalışmada açıkladıkları gibi, bundan önceki grafen tabanlı transistörlerin geliştirilmesine benzer olarak aygıt yapısı orta katmanı farklı bir ultraince malzemeden oluşan ve en dış katmanları grafenin atom kalınlıklı düzlemleri ile bir sandviç yapısına sahiptir. Bu orta katman birçok olası malzemelerden meydana gelebilir. Bu güncel çalışmada, araştırmacılar orta katman olarak iki boyutlu tungsten di sülfit (WS2) kullanıldı ve bu malzeme orta katman olarak, grafenin iki katmanı arasında atomik ince bir bariyer şeklinde kullanılmıştır.
Image credit: Thanasis Georgiou, et al. ©2013 Macmillan Publishers Limited.
Diğer bariyer malzemelerine nazaran WS2 kullanımının en büyük avantajı, WS2’nin kimyasal özellikleri elektronlara tünelleme yapar gibi, termiyonik iletim yapar gibi bariyer katmanın içinden geçmesine izin verir. Kapalı durumda, çok az sayıda elektron her iki iletim yöntemi sayesinde (tünelleme veya termiyonik iletim) bariyerden aşabilir, ancak açık durumda her iki yöntem veya sadece biri ile elektronlar bariyeri aşabilir.
İki durum arasındaki anahtarlama, transistörün geçit voltajını değiştirmekle sağlanır. Negatif geçit gerilimi (voltajı) kapalı durumu oluşturur, çünkü negatif geçit gerilimi tünelleme bariyer yüksekliğini artırır ve böylece çok az elektron bariyeri aşabilir. Pozitif geçit gerilimi tünelleme bariyer yüksekliğini azaltmasıyla transistörü açık duruma anahtarlar. Bu durumda, eğer sıcaklık yeterince yüksek ise termiyonik bariyer akımı dahi sona erer.
Mümkün oldukça yüksek açık/kapalı oranı yapmak için, araştırmacılar farklı gerilim seviyeleri için gerilim değişimlerinin, tünelleme akımının oluşma şekline bağlılığından faydalandı. Düşük gerilimlerde ve düşük sıcaklıklarda, gerilim ile tünelleme akımı lineer değişmekte, ama diğer taraftan yüksek gerilimlerde, gerilim ile üstel olarak büyümektedir. Bu noktada iletim mekanizmasında termiyonik akım baskın olmaktadır.
Aygıtın avantajı ile ilgili bu bilgi kullanılarak, araştırmacılar oda sıcaklığında 1×106 açık/kapalı oranını aşan ayarlanabilir bir transistör geliştirdiler. Bu oran herhangi bir bariyer malzeme ile grafen temelli transistörlerün en iyisi ile kıyaslanabilir. Ayrıca CMOS sonrası yeni nesil elektronik aygıtlar için aday olabilir, bu seviyede performansın gereksinimlerini karşılar. Çünkü yeni transistör sadece birkaç atom katman kalınlığındadır, yeni transistör esnekliğe uygun olmalıdır ve gelecekte şeffaf elektronik aygıt, esnek potansiyel uygulamalara sahip olabilir.
Polat Narin, BSc.
Nanoölçek Aygıtlar ve Taşıyıcı İletimi Grubu
Kuark Moleküler NanoBilim Araştırma Grubu
Kaynak: http://phys.org/news/2013-01-graphene-based-transistor-candidate-post-cmos-technology.html
*Bu haber KBT Fizik Çalışma Grubu‘nun faaliyetleri çerçevesinde hazırlanmıştır.
