Estrutura e características do transistor de efeito de campo de tunelamento transversal. Crédito:Xiong et al.
Pesquisadores da Academia Chinesa de Ciências fabricaram recentemente um transistor de efeito de campo de tunelamento transversal. Este é um dispositivo semicondutor que pode ser usado para amplificar ou alternar energia elétrica ou sinais, operando através de um fenômeno conhecido como tunelamento quântico. O novo transistor, introduzido em um artigo publicado em Nature Electronics , foi construído usando uma heteroestrutura de van der Waals, um material com camadas atomicamente finas que não se misturam, mas, em vez disso, são anexados por meio de interações de van der Waals.
Os transistores de efeito de campo de túnel são um tipo experimental de dispositivo semicondutor que opera por meio de um mecanismo conhecido como tunelamento banda-a-banda (BTBT). Esses transistores têm uma ampla gama de aplicações, por exemplo, no desenvolvimento de osciladores de radiofrequência (RF) ou componentes de memória para dispositivos eletrônicos.
Nestes dispositivos, operadoras (ou seja, partículas que carregam uma carga elétrica) normalmente fazem um túnel através de uma barreira, rumo na mesma direção que a corrente de saída total. A corrente neste túnel contribui diretamente para a corrente geral do dispositivo.
Para operar de forma mais eficaz, esses dispositivos devem, idealmente, ser construídos com interfaces de alta qualidade e bordas de banda de energia nítidas. Heteroestruturas bidimensionais de van der Waals podem, portanto, ser candidatos ideais para a sua fabricação, como os pesquisadores podem facilmente empilhar diferentes materiais uns sobre os outros, resultando em interfaces de alta qualidade e bordas de banda nítidas.
Para permitir alta eficiência de tunelamento em dispositivos semicondutores, os pesquisadores devem ser capazes de sintonizar a densidade dos estados com o alinhamento de nível de Fermi e conservar o momento desde a fonte até o fim no espaço do momento, sem envolver fônons. Os pesquisadores que realizaram o estudo recente, apresentados em Nature Electronics descobriram que o uso de fósforo preto 2-D (BP) permitiu que eles fizessem as duas coisas.
"Dispositivos de túnel que exibem resistência diferencial negativa normalmente seguem um princípio operacional em que a corrente de túnel contribui diretamente para a corrente de acionamento, "os pesquisadores escreveram em seu artigo." Aqui, relatamos um transistor de efeito de campo de tunelamento feito de fósforo preto / Al 2 O 3 / heteroestrutura de van der Waals de fósforo preto em que a corrente de tunelamento está na direção transversal em relação à corrente de acionamento. "
No transistor de campo de tunelamento transversal criado por esta equipe de pesquisadores, a corrente de tunelamento pode provocar uma mudança drástica na corrente de saída por meio de um efeito eletrostático. Em última análise, isso permite que o dispositivo atinja uma resistência diferencial negativa ajustável com uma razão pico-vale (PVR) de mais de 100 em temperatura ambiente.
"Nosso dispositivo também apresenta comutação abrupta, com um fator de corpo (a mudança relativa na tensão da porta em relação ao potencial de superfície) que é um décimo do limite de Boltzmann para transistores convencionais em uma ampla faixa de temperatura, "escreveram os pesquisadores em seu artigo.
Esta equipe de pesquisadores da Academia Chinesa de Ciências demonstrou a viabilidade de fabricar transistores de efeito de campo de tunelamento altamente eficientes usando uma heteroestrutura vertical de van der Waals contendo BP. No futuro, o novo dispositivo pode ser integrado em uma série de eletrônicos, potencializando o desempenho de osciladores de radiofrequência ou aplicações lógicas multivaloradas.
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