Транзистор на фосфорене

Все знают о графене, полупроводниковом моноатомном слое углерода. Однако двумерные пленки, которые позволяют создавать ультратонкие проводящие каналы для миниатюрной электроники будущего, можно делать не только из графена. Один из таких материалов — это фосфорен, открытый девять лет назад. Это голубой ультратонкий слой черного фосфора, самой стабильной его аллотропной модификации.

Электронные свойства фосфорена легко регулировать. Его электрическую проводимость можно менять с полупроводниковой на металлическую, если действовать на него механически или помещать между другими пленками.

Полевые транзисторы, основной прибор современной компьютерной электроники, применяют и для усиления, и для переключения тока. В них напряжение на металлическом электроде, контактирующем с телом транзистора, изменяет ток в проводящем полупроводниковом канале. Однако между электродом и полупроводником существует сопротивление, ограничивающее инжекцию носителей в канал. Оно ухудшает качество транзистора.

Снизить это сопротивление удалось группе профессора Удо Швингеншлёгля (Udo Schwingenschlögl) из Научно-технологического университета им. короля Абдаллы. Физики разработали принципиально новый полевой транзистор на фосфорене. Они смогли получить такие кристаллические ориентации слоев транзистора, которые резко уменьшили контактное сопротивление. Полупроводниковый монослой голубого фосфорена действует как канал такого транзистора. Его поместили между двойными слоями металлического фосфорена, которые работают как электроды.

Фактически ученые создали бесшовный транзистор, ведь материалом всех его частей служит фосфорен. Его слоевая структура непрерывна и практически бездефектна. Характеристики транзистора превосходят приборы на других двумерных материалах, например монослое дисульфида молибдена. Ученые также построили теоретическую модель своего прибора для двух разных пространственных конфигураций.

У авторов работы есть много вариантов улучшить конструкцию. Сейчас они стараются снизить токи утечки, а также применить материалы Ван-дер-Ваальса, которые состоят из слоев, связанных слабыми межмолекулярными силами. Физики также надеются распространить свои идеи на магнитные материалы. Статья опубликована в одном из журналов группы Nature.