Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Grafenowy tranzystor z dwiema bramkami

ghost666 25 Lis 2014 14:15 2424 0
  • Grafenowy tranzystor z dwiema bramkamiNaukowcy z Kanady opracowali i zrealizowali właśnie grafenowe złącze P-N z dwoma bramkami na górnej powierzchni struktury. Standardową topologią takich struktur wykonywanych dotychczasowo było tworzenie bramek na dolnej i górnej powierzchni grafenu, co niestety mogło doprowadzić do zniszczenia warstwy grafenowej. W nowej metodzie unika się tego ryzyka. Zapewnia ona ponadto liniowe charakterystyki I/V przy niskiemu napięciu bramki. Struktury tego typu, to jest z dwoma bramkami na górnej powierzchni, oceniane są jako istotny krok do praktycznej realizacji źródła terahercowego działającego w temperaturze pokojowej.

    Bez przerwy (energetycznej)

    Grafen zachowuje się jak półprzewodnik bez przerwy energetycznej, czyli przerwy energii wzbronionych pomiędzy pasmami walencyjnym i przewodnictwa. Konsekwencją tego jest fakt, iż łatwo można zmieniać rodzaj jego przewodnictwa od typu N (elektrony są nośnikami większościowymi) do typu P (gdzie przewodnictwo jest głównie dziurowe). Aby tego dokonać, wystarczy przykładać do grafenu napięcie. Dodatnie napięcie spowoduje przesunięcie poziomu Fermiego do pasma przewodnictwa, co pozwoli na wytworzenie półprzewodnika typu P, z kolei przyłożenie napięcia ujemnego spowoduje przejście poziomu Fermiego do pasma walencyjnego i zmianę typu półprzewodnika na N.

    Ta własność grafenu powoduje, iż możliwe jest wytworzenie złącza P-N z pojedynczego 'arkusika' grafenu, tak jak pokazano to na powyższej ilustracji. Przyłożenie dodatniej polaryzacji do pierwszej bramki, a ujemnej do do drugiej powoduje takie przemieszczenie poziomów Fermiego w rejonach pod tymi bramkami, iż wytworzy się pomiędzy nimi złącze P-N.

    Bez zniszczeń

    Poprzednie próby wytworzenia złącz półprzewodnikowych w grafenie opierały się o wykorzystanie dolnej i górnej bramki. Technika ta wykorzystywała substrat jako dolną bramkę, co powodowało obniżenie poziomu Fermiego całego fragmentu grafenu. Górna bramka musiała zatem lokalnie zwiększyć poziom Fermiego, aby wytworzyć złącze P-N. Jednakże, aby to zrobić, konieczne było przykładanie do górnej bramki znacznego potencjału, ponieważ musiał on przezwyciężyć potencjał dolnej bramki. Potencjały te były na tyle wysokie, iż mogły uszkodzić grafen lub spowodować, iż charakterystyka I/V tranzystora była wyjątkowo nieliniowa. Jako że nowa struktura przykłada potencjał tylko lokalnie, materiał nie jest uszkadzany, a charakterystyka prądowo-napięciowa zachowuje swój liniowy charakter.

    Grafenowy tranzystor z dwiema bramkami
    Przykładanie pozytywnego lub negatywnego potencjału do bramki zmienia poziom Fermiego poniżej lub powyżej pasma walencyjnego w grafenie.


    Niskie napięcie pracy ma także istotne znaczenie w przy generacji sygnałów terahercowych. Większość półprzewodników charakteryzuje się przerwą energetyczną o wiele większą niż energia związana z pasmem THz. Bezprzerwowa natura grafenu powoduje, iż może on działać przy tych częstotliwościach, jako że inwersja obsadzeń i rekombinacja elektron-dziura następować może w tym materiale przy dowolnej częstotliwości, nawet w niskoenergetycznym pasmie THz.

    Umiarkowanie w...

    Zasada działania systemów pracujących w pasmie THz została wytłumaczone przez Jingping Liu, pierwszego autora opisywanych badań. Technika znana jako wstrzykiwanie wykorzystuje rekombinację pary elektron-dziura: "w fragmencie warstwy grafenowej typu N elektrony wzbudzane są poprzez pole elektrostatyczne i akumulowane w tej warstwie, co skutkuje tak zwaną inwersją obsadzeń" - tłumaczy Liu. Następnie, jak tłumaczy naukowiec, "z wykorzystaniem polaryzacji złącza w kierunku przewodnictwa elektrony transferowane są do strefy typu P, gdzie zrekombinują one z dziurami, generując fotony i energii odpowiadającej częstotliwości interesującego nas pasma".

    Jakkolwiek zespół zademonstrował już z sukcesem, iż wykonany przez nich układ może być wykorzystany do generacji promieniowania terahercowego, potrzebne jest jeszcze dużo badań przed możliwością praktycznej aplikacji układu. Grupa naukowców pracuje aktualnie nad własnościami transportowymi materiału i wpływem temperatury na działanie złącz P-N w grafenie. "Poprzez badanie dynamiki mechanizmów działania złącz P-N z wstrzykiwanym prądem, jesteśmy w stanie zrozumieć mechanizmy transportowe w tego typu strukturach" - mówi Liu. Potrzebne są take badania pozwalające na modyfikację prawdopodobieństwa rekombinacji, czasu życia nośników, rozpraszania fononów, rekombinacje Augera i wiele innych, aby móc konstruować lasery na ten zakres widma.

    Jednakże Liu jest pewna, iż opracowane właśnie układy otworzą pole do dalszych badań i finalnie aplikacji technologii terahercowej działającej w temperaturze pokojowej. "Terahercowe lasery kaskadowe są obiecującym potencjalnym źródłem spójnego promieniowania o tej częstotliwości, jednakże nie mogą one pracować w temperaturze pokojowej" - mówi Liu i dodaje: "monowarstwy grafenowe mają szereg interesujących własności i dają szansę na konstrukcję źródła terahercowego, które mogłoby pracować w temperaturze pokojowej".

    Źródło:
    http://phys.org/news/2014-11-single-sheet-graphene-p-n-junction-gates.html#jCp

    Fajne! Ranking DIY