Diseño y fabricación de dispositivos. Un transistor Si-Gr-Ge se construye apilando directamente una membrana de Si, grafeno de capa única y un sustrato Ge. b Imagen óptica de un transistor Si – Gr – Ge (barra de escala: 20 μm). c Imagen SEM de una membrana de Si en grafeno (barra de escala: 4 μm). d Ilustración de la sección transversal del transistor. e Ilustración del principio básico de funcionamiento del transistor. Crédito: Nature Communications.
En 1947, el primer transistor, un transistor de unión bipolar (BJT), fue inventado en el Laboratorio Bell y desde entonces ha llevado a la era de la tecnología de la información. En las últimas décadas, ha habido una demanda persistente de una operación de mayor frecuencia para un BJT, lo que lleva a la invención de nuevos dispositivos como los transistores bipolares de heterounión (HBT) y los transistores de electrones calientes (HET). Los HBT han habilitado las operaciones de terahercios, pero su frecuencia de corte está en última instancia limitada por el tiempo de tránsito base; Para los HET, la demanda de una base delgada sin poros y con una baja resistencia de la base generalmente causa dificultades en la selección y fabricación del material.
Recientemente, los investigadores han propuesto el grafeno como material base para los transistores . Debido al grosor atómico, la base de grafeno es casi transparente al transporte de electrones, lo que lleva a un tiempo de tránsito de la base insignificante. Al mismo tiempo, la movilidad portadora notablemente alta del grafeno beneficiará la resistencia de la base en comparación con un material a granel delgado. Los transistores basados en grafeno (GBT) generalmente usan un emisor de túnel que emite un electrón a través de un aislante. Sin embargo, la altura de la barrera potencial del emisor limita seriamente la frecuencia de corte. El estudio teórico ha indicado que un emisor Schottky puede resolver esta limitación potencial de barrera.
Un equipo de investigadores del Instituto de Investigación del Metal, Academia de Ciencias de China, ha construido el primer transistor a base de grafeno con un emisor Schottky, que es un transistor de silicio-grafeno-germanio. Utilizando una membrana de semiconductores y transferencia de grafeno, el equipo apiló tres materiales, incluida una membrana de Si de un solo cristal superior de tipo n, un grafeno (Gr) de capa única media y un sustrato de Ge inferior de tipo n.
En comparación con los emisores de túnel anteriores, la corriente de encendido del emisor Schottky de Si-Gr muestra la máxima corriente de encendido y la capacitancia más pequeña, lo que lleva a un tiempo de retraso más de 1,000 veces más corto. Por lo tanto, se espera que la frecuencia de corte alfa del transistor aumente de aproximadamente 1 MHz usando los emisores de túnel anteriores a más de 1 GHz usando el emisor Schottky actual. Se espera una operación de THz usando un modelo compacto de un dispositivo ideal. El comportamiento eléctrico y la actividad física del transistor de trabajo se analizan en detalle en el documento publicado en Nature Communications .
Con más ingeniería, el transistor vertical semiconductor-grafeno-semiconductor es prometedor para aplicaciones de alta velocidad en la futura integración monolítica tridimensional debido a las ventajas del espesor atómico, la alta movilidad del portador y la alta viabilidad de un emisor Schottky .
