تولید ترانزیستور با استفاده از گرافن

گروهی از محققان سنگاپوری یک ترانزیستور اثر زمینه جدید ساخته‌اند که می‌تواند به‌عنوان حافظه غیرفرار عمل کند.

یکی از اجزای اصلی ترانزیستور اثر زمینه (FET)
یک گیت دی‌الکتریک است که تعداد حامل‌های باری را (الکترون یا حفره) که می‌توانند
به کانال فعال این ابزار تزریق شوند، تعیین می‌کند. اخیراً گرافن به‌عنوان
جایگزین مناسب و کارا برای سیلیکون در FETها مطرح شده و در تحقیقاتی که روی
ترانزیستورهای مبتنی بر گرافن صورت گرفته است، استفاده از یک فیلم نازک از
یک فلز فروالکتریک به‌عنوان گیت دی الکتریک مورد بررسی قرار گرفته است.
استفاده از چنین فیلم‌هایی چندین مزیت دارد. قطبش الکتریکی قوی آنها امکان
استفاده از چگالی بسیار بالایی از حامل‌های بار را نسبت به دی‌الکتریک‌های
معمول ایجاد کرده و همچنین این فیلم‌ها دارای قطبش الکتریکی پایدار هستند.
این ویژگی موجب می‌شود که بتوان از طریق ذخیره سطح خاصی از حامل‌های بار در
غیاب میدان الکتریکی، از ترانزیستورهای مبتنی بر گرافن-لایه فروالکتریک به‌عنوان
حافظه‌های غیرفرار استفاده کرد.
دو گروه همکار از موسسه تحقیقات و مهندسی
مواد A*STAR و دانشگاه ملی سنگاپور قبلاً یک حافظه مبتنی بر
گرافن-فروالکتریک ساخته‌اند که در آن قطبش فیلم‌های فروالکتریک توسط بایاس
الکتریکی اعمال شده به گیت ترمینال کنترل می‌شود. در این ساختار یک فیلم
فروالکتریک نازک روی یک لایه گرافن نشانده شده و در آنجا با تزریق حامل‌های
بار مقاومت گرافن را تنظیم می‌نماید. متأسفانه دو حالت مقاومتی مجزا که می‌توانند
به‌عنوان یک بیت اطلاعاتی خوانده شوند، تنها از طریق قطبش و عدم قطبش در
فیلم نازک قابل دسترسی هستند که این امر به دلیل ناپایداری حالت غیرقطبیده،
مشکلاتی را به‌وجود می‌آورد.

حال این دو گروه با همکاری یکدیگر یک ابزار پیشرفته‌تر تولید کرده‌اند که
در زیر گرافن یک گیت دی‌الکتریک اضافی از جنس دی‌اکسید سیلیکون (SiO2)
دارد. این گیت جدید یک نقطه مرجع ایجاد می‌کند که با توجه به آن می‌توان
اثر گیتی فیلم فروالکتریک را اندازه گرفت. این پژوهشگران با بررسی مقاومت
این ابزار به‌عنوان تابعی از ولتاژ اعمالی به گیت‌های بالا و پایین، یک درک
کمّی از عملکرد و رفتار کلیدزنی FETهای مبتنی بر گرافن-لایه فروالکتریک
به‌دست آورده‌اند. این گیت دی‌الکتریک دی‌اکسید سیلیکونی از طریق فراهم
کردن یک منبع اضافی پس‌زمینه از حامل‌های بار، فرایند نوشتن را در این
ابزار ذخیره‌سازی اطلاعات تسهیل کرده و این امکان را برای قطبش فروالکتریک
فراهم می‌آورد که با توجه به دو جهت‌گیری قطبش متضاد، میان دو حالت پایدار
تغییر وضعیت دهد.

جزئیات این کار در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.