新型石墨烯晶體管實現高開關比率

　　據物理學家組織網1月23日(北京時間)報道，英國曼徹斯特大學的科研人員設計出一種新型石墨烯晶體管，在其中電子可借助隧穿和熱離子效應，同時從上方和下方穿越障礙，并在室溫下展現出高達1×106的開關比率。

　　石墨烯晶體管獲得較高的開關比率一直難以實現，而有了高開關比，以及其在柔性、透明基板上的操作能力，新型晶體管能夠在后CMOS設備時代占有一席之地，并有望達到更快的計算速度。相關研究發表在近期出版的《自然·納米技術》雜志上。

　　石墨烯晶體管多具有三明治結構，以原子厚度的石墨烯作為外層，而以其他超薄材料作為中間夾層。這些中間層可以囊括多種不同材料。在此次的研究中，科學家使用二硫化鎢(WS2)作為中間層，其能夠作為兩個石墨烯夾層之間原子厚度的壁壘。與其他壁壘材料相比，二硫化鎢的最大優勢在于，電子可借助熱離子運輸方式從上方越過障礙，也可利用隧穿效應從下方穿過障礙。處于關閉狀態時，極少電子能借助上述方式穿越障礙，但當調至開啟狀態時，電子既能選用一種方式逾越壁壘，亦能同時選擇兩種方式以實現類似效果。

　　開關間切換將改變晶體管的柵電壓。負柵電壓將形成關閉狀態，因為其將增加隧穿障礙高度，因此幾乎沒有電子能夠越過壁壘。而正柵電壓能通過降低隧穿障礙的高度使晶體管轉換至開啟狀態。同時，如果溫度足夠高，亦可借助熱離子電流從上方越過壁壘。在低電壓和低溫的情況下，隧穿電流與電壓呈線性關聯。但當處于高壓下時，隧穿電流會隨電壓呈現指數增長，此時熱離子電流就會成為主要的傳輸機制。

　　利用上述特質和二硫化鎢壁壘材料，新晶體管成為目前性能最佳的石墨烯晶體管之一。此外，由于僅具有幾個原子層的厚度，新型晶體管能夠耐受彎曲，未來更有望應用于柔性、透明電子設備的制造，成為后CMOS設備時代的有力備選。