Pesquisadores da UC Santa Barbara, em colaboração com a Universidade de Notre Dame, demonstraram recentemente a maior corrente de transmissão relatada em um transistor feito de uma monocamada de disseleneto de tungstênio (WSe2), um cristal atômico bidimensional categorizado como um dichalcogeneto de metal de transição (TMD). A descoberta é também a primeira demonstração de um transistor de efeito de campo WSe2 "tipo n" (FET), mostrando o tremendo potencial deste material para futuros circuitos integrados de baixa potência e alto desempenho.

Monolayer WSe2 é semelhante ao grafeno por ter uma estrutura atômica hexagonal e deriva de sua forma volumosa em camadas na qual as camadas adjacentes são mantidas juntas por forças de Van der Waals relativamente fracas. Contudo, WSe2 tem uma vantagem chave sobre o grafeno.

"Além de suas superfícies atomicamente lisas, tem um gap considerável de 1,6 eV, "explicou Kaustav Banerjee, professor de engenharia elétrica e da computação e diretor do Laboratório de Pesquisa em Nanoeletrônica da UCSB. A equipe de pesquisa de Banerjee também inclui os pesquisadores da UCSB, Wei Liu, Jiahao Kang, Deblina Sarkar, Yasin Khatami e o professor Debdeep Jena, de Notre Dame. Seu estudo foi publicado na edição de maio de 2013 da Nano Letras .

"Há um interesse crescente em todo o mundo por esses cristais 2D devido às muitas possibilidades que eles oferecem para a próxima geração de eletrônicos integrados, optoeletrônica e sensores, "comentou o professor Pulickel Ajayan, o Anderson Professor of Engineering da Rice University e uma autoridade de renome mundial em nanomateriais. "Este resultado é muito impressionante e é fruto da compreensão detalhada da natureza física dos contatos a esses cristais 2D que o grupo de Santa Bárbara desenvolveu."

"Compreender a natureza das interfaces metal-TMD foi a chave para o nosso projeto e demonstração de transistores bem-sucedidos, "explicou Banerjee. O grupo de Banerjee foi pioneiro em uma metodologia usando a Teoria do Funcional da Densidade (DFT) ab-initio que estabeleceu os critérios-chave necessários para avaliar essas interfaces levando aos melhores contatos possíveis para os TMDs de monocamada.

A técnica DFT foi iniciada pelo professor emérito de física da UCSB, Dr. Walter Kohn, pelo qual recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1998. "Em uma reunião recente com o Professor Kohn, discutimos como esta classe relativamente nova de semicondutores está se beneficiando de uma de suas contribuições marcantes, "disse Banerjee.

Wei Liu, um pesquisador pós-doutorado no grupo de Banerjee e co-autor do estudo, explicado, “Orientados pela metodologia de avaliação de contatos que desenvolvemos, nossos transistores alcançaram correntes ON tão altas quanto 210 uA / um, que são o valor mais alto relatado de corrente de unidade em qualquer FET baseado em TMD monocamada até o momento. "Eles também foram capazes de alcançar mobilidade de 142 cm2 / V.s, que é o valor mais alto relatado para qualquer TMD FET de monocamada back-gated.

"As simulações DFT fornecem percepções críticas para os vários fatores que efetivamente determinam a qualidade das interfaces para esses materiais 2D, que é necessário para alcançar baixas resistências de contato ", acrescentou Jiahao Kang, um aluno de doutorado no grupo de Banerjee e co-autor do estudo.

"Nanoeletrônica e tecnologia de computação com eficiência energética são áreas-chave de pesquisa na UCSB, campos nos quais nossos docentes são reconhecidos por suas realizações. Com esses resultados, A equipe do professor Banerjee continua a fazer importantes contribuições de pesquisa para a eletrônica de última geração, "comentou Rod Alferness, Reitor da Faculdade de Engenharia da UCSB.