Neuer flacher Transistor trotzt theoretischer Grenze

Nature 526, 91?5 (01. Oktober 2015) doi:10.1038/nature15387″ width=”” height=””>
Schematische Darstellung der Querschnittsansicht des ATLAS-TFET mit ultradünner Doppelschicht MoS2 (1,3 nm) als Kanal und entartet dotiertem p-Typ Ge als Source. Der Weg für den Elektronentransport ist durch die roten Pfeile dargestellt, die vertikal (indiziert Band-zu-Band-Tunnelling, BTBT) von der Ge-Quelle zum MoS2 und dann seitlich durch die MoS2-Schichten (über Driftdiffusion) zum Drain verlaufen. Da das Ge hochdotiert ist, wird die Höhe der Tunnelbarriere hauptsächlich durch die effektive Bandüberlappung zwischen Ge und MoS2 bestimmt, während die Tunnelbreite durch die MoS2-Dicke (einschließlich der Van-der-Waals-Lücke) bestimmt wird. Kredit: (c) 2015 Natur 526, 91?5 (01. Oktober 2015) doi:10.1038/nature15387

Ein Forscherteam mit Mitgliedern der University of California und der Rice University hat einen Weg gefunden, einen flachen Transistor herzustellen, der den theoretischen Beschränkungen von Feldeffekttransistoren (FETs) trotzt. In ihrem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Natur, beschreibt das Team ihre Arbeit und warum sie glauben, dass sie zu Verbrauchergeräten führen könnte, die sowohl über eine kleinere Elektronik als auch über eine längere Akkulaufzeit verfügen. Katsuhiro Tomioka vom Erasmus MC University Medical Center in den Niederlanden bietet einen News & Views-Artikel über die Arbeit des Teams in derselben Zeitschriftenausgabe an.

Wie Tomioka feststellt, erreichen die Materialien und die Art der Architektur, die derzeit bei der Herstellung kleiner Unterhaltungselektronikgeräte verwendet werden, schnell einen Schwellenwert, bei dem ein Kompromiss eingegangen werden muss – kleinere Transistoren oder mehr Leistungsbedarf -, was an der einzigartigen Natur von FETs liegt. die Verkürzung des von ihnen verwendeten Kanals erfordert im logarithmischen Maßstab mehr Leistung. Um FETs immer kleiner zu machen und sie auf weniger Leistung zu bringen, bedeutet also zweierlei: Erstens muss ein anderes Kanalmaterial gefunden werden, das hohe Einschaltströme bei niedrigen Spannungen zulässt. Zweitens muss ein Weg gefunden werden, um die für die FETs erforderliche Spannung zu senken.

Bei der ersten Anforderung sind Forscher vorgegangen und haben beispielsweise FETs mit Metall-Oxid-Halbleiter-Materialien gebaut. Der zweite hat sich als schwieriger erwiesen. In dieser neuesten Studie untersuchten die Forscher das Tunneln, um den Spannungsbedarf zu reduzieren, dessen Ergebnisse natürlich als Tunnel-FETs oder TFETs bezeichnet werden über Quantentunneln. Das vom Team gebaute Gerät basiert auf einer 2D-Doppelschicht aus Molybdändisulfid und Bulk-Germanium攊t zeigte einen negativen differentiellen Widerstand, einen Tunnelmarker und eine sehr steile Subthreshold-Steigung (die mit dem schnellen Einschalten verbundene Schalteigenschaft), die unter fiel die klassische theoretische Grenze.

Die Arbeit des Teams stellt einen erheblichen Fortschritt bei der Lösung des Miniaturisierungsproblems für zukünftige elektronische Geräte dar, aber wie das Team feststellt, gibt es noch viel zu tun. Sie sind optimistisch, dass weitere Verbesserungen nicht nur zu besseren Verbrauchergeräten führen, sondern auch zu winzigen Sensoren, die in den Körper eingeführt werden könnten, um die Gesundheit zu überwachen.


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