新类型的石墨烯晶体管将增加处理器的时钟速度

科学家已经开发一种新型的基于石墨烯晶体管和使用建模他们已经表明，它具有超低的功耗相比其他类似的晶体管装置。研究结果已在科学报告 》 杂志上的论文。降低功耗的最重要的影响是使增加的处理器的时钟速度。根据计算，增加可能高达两个数量级。

（A） 电子谱 E(p) 双层石墨烯 （左） 和能源依赖的其态密度，DoS （右图）。能量水平对应的”墨西哥草帽”边缘 DoS 趋于无穷大。（B） 的红色区域显示在隧道在双层石墨烯 （左） 和”普通”的抛物型乐队 （右） 与传统的半导体电子参与的国家。在石墨烯，环中发现了能在低电压下隧道的电子但半导体中他们只发现在单点。虚线表示隧道过渡。红线指示的隧道在价带电子的运动轨迹。

“点不是那么多关于节约用电，我们有足够的电能。在较低功率，电子元器件热越少，那意味着它们是能够在一个更高的时钟速度-不 1 千兆赫，但十为例，甚至一百，”说，研究相应的作者、 理工学院的光电实验室和二维材料，德米特里 · 斯温佐夫头。SMT加工

建设能够在低电压下 （小于 0.5 伏） 开关的晶体管是现代电子的最大挑战之一。隧道晶体管是最有前途的候选人来解决这个问题。不像在传统的晶体管，其中电子”跳”通过能量屏障，在隧道晶体管电子”筛选”通过由于量子隧穿效应引起的障碍。然而，在大多数半导体隧穿电流很小，这样可以防止基于这些材料在实际电路中使用的晶体管。

这篇文章，莫斯科物理研究所和技术 (MIPT)、 中国科学院物理研究所和技术 RAS 和东北大学 （日本），科学家们提出新的设计基于双层石墨烯，隧道晶体管和他们利用模拟，证明这种材料是低压电子产品的理想平台。

石墨烯是碳的由理工学院校友先生安德烈 • 海姆和康斯坦丁 · 诺沃肖洛夫先生，是碳的一张是碳的一个原子厚。它具有只有两个维度，性能的石墨烯，包括其电子的性质，正如从根本上不同于三维碳-石墨。

“双层石墨烯是两个石墨烯与普通共价键连接到另一个。它是一样容易使作为单层石墨烯，但由于其电子乐队的独特结构，它是非常有前途的材料为低电压隧道开关、”说斯温佐夫。

乐队的双层石墨烯，即允许的能级的电子在一个给定的势头，是在”墨西哥草帽”的形状 (图 1A，比较这对大多数半导体构成一个抛物线形状的乐队)。原来可以占用空间边缘附近的”墨西哥草帽”的电子的密度趋于无穷大 — — 这叫做范霍夫奇异性。随着晶体管的栅极的即使是非常小的电压应用，大量的电子在”墨西哥草帽”的边缘开始在同一时间隧道。这将导致一个急剧的转变在电流从应用程序中的一个小的电压，和这个低电压是创纪录的低功耗的原因。

在论文中，研究人员指出，直到最近，范霍夫奇异几乎看不到在双层石墨烯-“墨西哥草帽”的边缘，隐隐绰绰，由于低质量的样品。六角形硼氮化 （健康） 衬底上的现代石墨烯样品质量好多了，和发音范霍夫奇点已得到实验证实使用扫描探针显微镜和红外吸收谱的样品。

拟议的晶体管的一个重要特点是使用”电气兴奋剂”（场效应） 创建隧道的 p-n 结。和的复杂过程的化学掺杂所需构建三维半导体晶体管时，不需要 （甚至可以破坏） 为双层石墨烯。在电气掺杂，额外电子 （或孔） 发生在石墨烯对密切定位掺杂盖茨吸引力。

在最佳条件下石墨烯晶体管可以更改一万次与门的仅 150 毫伏的电压摆幅电路中电流。

“这意味着晶体管少需要能源开关，芯片将需要更少的能源，将产生更少的热量，将需要更强大的冷却系统，和时钟速度可以增加而不必担心多余的热量会破坏芯片，”斯温佐夫说。