Arquiteturas de dispositivos eletrônicos mais rápidas estão em andamento com o lançamento do primeiro transistor de efeito de campo (FET) totalmente bidimensional do mundo por pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab). Ao contrário dos FETs convencionais feitos de silício, esses FETs 2D não sofrem queda de desempenho sob altas tensões e fornecem alta mobilidade de elétrons, mesmo quando dimensionado para uma monocamada de espessura.

Ali Javey, um cientista docente na Divisão de Ciências de Materiais do Laboratório de Berkeley e um professor de engenharia elétrica e ciência da computação da UC Berkeley, liderou esta pesquisa em que heteroestruturas 2D foram fabricadas a partir de camadas de um dichalcogeneto de metal de transição, nitreto de boro hexagonal e grafeno empilhados via interações de van der Waals.

"Nosso trabalho representa um passo importante para a realização de uma nova classe de dispositivos eletrônicos em que interfaces baseadas em interações de van der Waals em vez de ligação covalente fornecem um grau de controle sem precedentes na engenharia de materiais e exploração de dispositivos, "Javey diz." Os resultados demonstram a promessa de usar um sistema de materiais em todas as camadas para futuras aplicações eletrônicas. "

Javey é o autor correspondente de um artigo que descreve esta pesquisa em ACS Nano intitulado "Transistores de efeito de campo construídos com todos os componentes de materiais bidimensionais". Os co-autores são Tania Roy, Mahmut Tosun, Jeong Seuk Kang, Angada Sachid, Sujay Desai, Mark Hettick e Chenming Hu.

FETs, assim chamado porque um sinal elétrico enviado através de um eletrodo cria uma corrente elétrica em todo o dispositivo, são um dos pilares da indústria de eletrônicos, onipresente para computadores, celulares, tablets, almofadas e praticamente todos os outros dispositivos eletrônicos amplamente utilizados. Todos os FETs são compostos de portão, eletrodos de fonte e dreno conectados por um canal através do qual um portador de carga - elétrons ou orifícios - flui. As incompatibilidades entre a estrutura cristalina e as redes atômicas desses componentes individuais resultam em superfícies ásperas - muitas vezes com ligações químicas pendentes - que degradam a mobilidade do portador de carga, especialmente em campos elétricos elevados.

"Ao construir nossos FETs 2D para que cada componente seja feito de materiais em camadas com interfaces de van der Waals, nós fornecemos uma estrutura de dispositivo única na qual a espessura de cada componente é bem definida, sem qualquer rugosidade superficial, nem mesmo no nível atômico, "Javey diz." A ligação van der Waals das interfaces e o uso de um processo de transferência de várias etapas apresentam uma plataforma para fazer dispositivos complexos baseados em camadas cristalinas sem as restrições de parâmetros de rede que muitas vezes limitam o crescimento e o desempenho da heterojunção convencional materiais. "

Javey e sua equipe fabricaram seus FETs 2D usando o dissulfeto de molibdênio dichalcogenide de metal de transição como canal de transporte de elétrons, nitreto de boro hexagonal como isolante da porta, e grafeno como fonte, dreno e eletrodos de porta. Todos esses materiais constituintes são monocristais mantidos juntos por ligação de van der Waals.

Para os FETs 2D produzidos neste estudo, esfoliação mecânica foi usada para criar os componentes em camadas. No futuro, Javey e sua equipe analisarão o cultivo dessas camadas heterogêneas diretamente em um substrato. Eles também procurarão reduzir a espessura de componentes individuais para uma monocamada e os comprimentos dos canais para dimensões em escala molecular.