Специалисты Исследовательского центра им. Томаса Уотсона компании IBM (США) сконструировали графеновый полевой транзистор с расчетной граничной частотой 100 ГГц, на которой коэффициент усиления по току уменьшается до единицы.

Изображение полевого графенового транзистора, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (иллюстрация авторов работы).

Для создания графенового слоя ученые в течение двух минут выдерживали пластину карбида кремния при температуре 1 450 ˚C. Затем методом электронной литографии формировались электроды истока и стока — слои титана, палладия и золота толщиной 1, 20 и 40 нм. На сохранившиеся между ними каналы открытого графена наносился защитный диэлектрический слой полигидроксистирола толщиной 10 нм; сверху располагались диоксид гафния, отличающийся высокой диэлектрической проницаемостью, и электрод затвора.

Длина затвора лучших из созданных транзисторов сравнительно велика и составляет 240 нм (современные кремниевые устройства, напомним, уже дошли до 32 нм). В опытах оценивалось функционирование транзисторов на частоте до 30 ГГц; граничную частоту в 100 ГГц исследователи получили путем экстраполяции. Стоит заметить, что предыдущий вариант графенового транзистора IBM, представленный в январе прошлого года, имел граничную частоту всего в 26 ГГц, а кремневые аналоги при сравнимой длине затвора демонстрируют значение 40 ГГц.

В будущем исследователи займутся уменьшением размеров и оптимизацией конструкции устройства и постараются повысить качество графенового слоя. Кроме того, им необходимо подумать над тем, как создать ненулевую запрещенную зону в графене, поскольку текущий вариант транзистора, в котором используется материал без запрещенной зоны, нельзя применять в схемах логики.

Результаты измерений коэффициента усиления по току для девяти транзисторов с длиной затвора LG = 550 нм и трех устройств с LG = 240 нм. «Устройство 1» работало при смещении стока на уровне 2,5 В, остальные — при 2 В.

Отчет об этой работе опубликован в журнале Science.

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.