Слой с отрицательной емкостью повысил эффективность нанотранзисторов

Слой с отрицательной емкостью повысил эффективность нанотранзисторов

Физикам удалось повысить эффективность нанотранзистора на основе двумерного дисульфида молибдена с изолированным затвором. Использование слоя смешанного оксида циркония и гафния, который обладает отрицательной емкостью (то есть заряд на нем увеличивается при понижении напряжения), помогло преодолеть фундаментальное ограничение на наклон вольт-амперной характеристики транзистора, связанное с термоионными эффектами, сообщают ученые в Nature Nanotechnology.

Транзисторы — полупроводниковые приборы, в которых сопротивление зависит от подаваемого на них напряжения — являются одним из основных элементов современных электронных устройств. Сопротивление наиболее распространенных полевых транзисторах регулируется с помощью поперечного электрического поля, и состоят они из трех функциональных элементов: стока, истока и затвора.

В полевых транзисторах, имеющих структуру с изолированным затвором («металл-оксид-полупроводник») полупроводниковый затвор отделен от истока и стока слоем диэлектрика, который выполняет роль конденсатора. Такие транзисторы обладают очень высоким входным сопротивлением у управляются не напряжением, а током. Однако эффективность такого типа транзисторов ограничена за счет термоионных эффектов и связана с фундаментальным ограничением, которое накладывается на диссипацию энергии в электронной системе распределением Больцмана. Поэтому при комнатной температуре допороговый наклон вольт-амперной характеристики (англ. subthreshold slope) в таких транзисторах — величина которая характеризует нужное для работы транзистора напряжение и, соответственно, количество потребляемой энергии — не может быть меньше 60 милливольт для увеличения тока в 10 раз.

Для того, чтобы преодолеть этот естественный барьер и повысить эффективность транзистора, физики из США, Тайваня и Китая под руководством Пейде Йе (Peide D. Ye) из Университета Пердью предложили добавить к слою диэлектрика дополнительный сегнетоэлектрический слой с отрицательной емкостью. Теоретически такое решение предлагалось еще 10 лет назад, однако осуществить его на практике до сегодняшнего дня не удавалось. Реализовать эту концепцию экспериментально ученые смогли в транзисторе, в котором роль затвора выполнял двумерный полупроводниковый слой дисульфида молибдена. Диэлектриком в транзисторе был слой оксида алюминия толщиной 2 нанометра, к которому добавили дополнительный слой сегнетоэлектрика из смешанного оксида циркония и гафния толщиной 20 нанометров.

В дальнейшем авторы работы надеются увеличить скорость переключения транзистора, чтобы сделать его пригодным для современных электронных устройств, работающих на высоких скоростях. 

Использование двумерных полупроводниковых кристаллов (с первую очередь, дисульфида молибдена), состоящих из одного или двух атомных слоев, — один из наиболее перспективных способов получения транзисторов нанометрового размера. Помимо этого, дисульфид молибдена может использоваться, например, для фильтрования воды. Для того, чтобы управлять электронными свойствами двумерной полупроводниковой можно объединять их с еще более низкоразмерными структурами, например, недавно для этого предложили внедрять в двумерный диселениде вольфрама одномерный провод из дисульфида молибдена.

Александр Дубов

N+1

Похожие новости:
Микроскладки сделают солнечные батареи тоньше
Инженеры показали, что толщину слоя аморфного кремния в фотоэлементах можно уменьшить, если разместить его в складках диэлектрика. Работа опубликована в журнале Nano Letters, ее краткое содержание можно прочитать на сайте Университета Северной Каролины. Ученые установили, что слой аморфного кремния ..
2012-06-26 1376 0 Технология
0
Разработаны прозрачные солнечные батареи для окон
Инженеры из Калифорнийского университета в Лос Анджелесе разработали фотоэлементы, которые поглощают свет преимущественно в инфракрасном диапазоне и поэтому обладают достаточной прозрачностью для применения в окнах и экранах электронных устройств. Описание разработки опубликовано в журнале Energy & Environmental Science, кратко ..
2013-07-31 1728 0 Технология
0
Нанокомпозиты увеличат емкость батарей в 10 раз
Команда ученых во главе со специалистами из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории обнаружила новый тип кремний-углеродных нанокомпозитов, из которых можно изготовить электроды, повышающие емкость современных аккумуляторов в 10 раз. Новый электрод позволяет минимум в 5 раз увеличить электрическую мощность батарей и создавать более ..
2012-03-23 2662 0 Технология
3
Новый метод повысит мощность солнечных батарей
Команда исследователей из Имперского колледжа в Лондоне обнаружила, что если разместить множество цилиндрических алюминиевых шипов на вершине солнечных батарей, то это может значительно повысить количество света, которое будет захватываться поглощающем слоем солнечных батарей, что повысит их мощность больше ..
2013-10-24 2112 0 Технология
1
США создали самый тонкий в мире электрический генератор
Группа ученых из Колумбийского университета и Технологического института Джорджии, возглавляемая профессором Джеймсом Хоном (James Hone), продемонстрировала, что тонкий слой дисульфида молибдена (MoS2) при определенных условиях может являться источником электрической энергии в случае, когда слой этого ..
2015-01-24 5868 0 Технология
0
Корейцы представили дешевый способ выращивания графеновых пластин
Институт передовых технологий компании Samsung (SAIT) совместно с учеными университета Сонгюнгван разработали простой и дешевый способ получения графеновых пластин больших площадей, сообщает Phys.org. Ожидается, что он может привести к всплеску использования графеновых волокон в электронной промышленности, ..
2014-04-10 2082 0 Технология
0
Ученые увеличили КПД прозрачных солнечных батарей
Специалисты из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе разработали эффективные прозрачные солнечные батареи. Это изобретение было сделано еще в прошлом году, но сейчас его создатели вдвое увеличили КПД батарей, сообщает «Азиатский репортер». Ученые из Калифорнийского института в Лос-Анджелесе смогли значительно увеличить эффективность прозрачных ..
2013-07-31 2444 0 Технология
0
Tesla установила первые солнечные крыши
Американская компания Tesla завершила монтаж первых крыш, выполненных из черепицы с интегрированными солнечными панелями. Как пишет TechCrunch, первыми новинку получили сотрудники компании, а не сторонние заказчики. Пользователи солнечной крыши получили на нее гарантию, которая будет действовать пока ..
2017-08-14 19747 0 Технология
0
Tesla превратила солнечные панели в черепицу
Американская компания Tesla 28 октября 2016 года представила новую линейку домашних систем производства и хранения электроэнергии. В их числе — черепица для крыш, выполняющая роль солнечных панелей. Внешне она неотличима от стандартной черепицы, которой обычно выстелаются крыши домов.В ..
2016-11-01 14262 0 Технология
0
Учёные создали транзисторы из нитрида галлия
Такой экзотический материал, как нитрид галлия (GaN), является перспективным полупроводником и может найти применение в электронных устройствах будущего. Он намного эффективнее кремния, отмечают исследователи. В 2013 году Министерство энергетики США выделило около $70 млн для изучения и разработки GaN-приборов. Такая ..
2015-08-03 4368 0 Технология
0
Ученые создали биофабрику для производства топлива
Ученые пошли на опыт соединения кишечной палочки и грибков для переработки биомассы в топливо. Опыты проделали ученые из Университета штата Мичиган. Соединение кишечной палочки и грибка Trichoderma reesei позволило им создать своеобразную биофабрику при производстве топлива. Основное отличие этой системы ..
2013-08-20 1417 0 Технология
0
Новый микрочип передает в трех измерениях
Ученые из Университета Кембриджа создали новый тип микрочипа, который позволяет использовать информацию, передавая в трех измерениях. В будущем 3D-микрочип мог бы улучшить емкость хранения, что позволяет информации распределяться в несколько слов вместо уплотнения в один слой.Они использовали крошечные магнитные ..
2013-02-2 1150 0 Технология
0
Физики заставили воду кипеть без пузырьков
Ученые показали, что слой пара, который предохраняет от мгновенного выкипания капли воды на раскаленной сковородке, можно создать и при гораздо более низкой температуре. Работа физиков опубликована в журнале Nature, а ее краткое содержание приводит Nature News. Явление, благодаря которому ..
2012-09-13 1411 0 Технология
0
Tesla подстраховала газовые электростанции большой батареей
Американская компания Tesla Motors 30 января 2017 года ввела в строй аккумуляторную систему хранения энергии, которая призвана компенсировать нехватку электроэнергии, вызванную отключением газовой электростанции. Как пишет The New York Times, батарея емкостью 80 мегаватт-часов заработала в Онтарио ..
2017-01-31 8210 0 Технология
0
Ученые создали молекулярную бумагу
Группа физиков из лаборатории Университета Калифорнии в Беркли создала первый образец "молекулярной бумаги" - двухмерной кристаллической структуры на основе полимера, способного самостоятельно собираться на молекулярном уровне. Полностью новый материал создан из пептоидов, представляющих собой инженерные полимеры, ..
2013-04-3 1551 0 Технология
0