Российские ученые нашли путь к созданию электроники нового типа

Сотрудники Московского физико-технического института (МФТИ), изучающие свойства двухслойного графена, нашли путь к созданию электронных приборов нового типа – быстродействующих энергоэффективных переключателей, химических и биологических сенсоров, а также детекторов излучения, которые невозможно было создать на обычных полупроводниках. Работа выполнена при грантовой поддержке Российского научного фонда и Минобрнауки РФ. Результаты исследования опубликованы в ведущем профильном международном научном журнале Nano Letters.

Основа всей современной полупроводниковой электроники – так называемый p-n-переход – область соприкосновения двух полупроводников с разными типами проводимости. Для электронов такой переход – энергетический барьер. Наличие ступенчатого барьера для электронов в p-n-переходе определяет его главную функцию в электронике: этот переход односторонний, ток в нем может течь лишь при одной полярности поданного напряжения.

В 1960-е годы обнаружилось, что p-n-переходы могут проводить ток и благодаря эффекту квантового туннелирования – просачиванию электронов под энергетическим барьером. Подобным приборам – туннельным диодам – нашлось применение в электронике с низким энергопотреблением.
Другим важным направлением в электронике стало повышение скорости срабатывания электронных приборов. Здесь не обойтись без новых материалов, где электроны на своем пути не встречают препятствий. Одним из таких материалов оказался двухслойный графен – двумерная модификация углерода, образованная двумя близко расположенными слоями графена.

Но механизм протекания тока в p-n-переходах на основе двухслойного графена долгое время оставался непонятым. Ученые из лаборатории оптоэлектроники двумерных материалов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ смогли ответить на этот вопрос. В своих экспериментах они пришли к выводу о доминирующем квантовом туннельном типе проводимости в этом материале.

Ученые отмечают, что обнаруженная ситуация оказывается очень перспективной для электроники: "Во-первых, мы имеем высокую электронную подвижность в графене, что дает возможность создания быстрых полупроводниковых приборов. Во-вторых, мы имеем туннельный характер транспорта, а это дает возможность управлять током при малых напряжениях, то есть энергоэффективность. Подобной комбинации скорости и энергоэффективности было невозможно достичь в электронике на основе классических полупроводниковых материалов". 

Источник: habr.com

Фото: phonoteka.org