Sebagian besar pengujian laboratorium diam-diam meningkatkan kinerja transistor 2D, penelitian mengungkapkan | Andrew Tie, Universitas Duke Silikon telah lama menjadi semikonduktor pilihan untuk membuat transistor, tetapi teknologi modern mendorong keterbatasan intrinsik material. Sudah, komponen yang ditemukan di dalam transistor setipis yang dimungkinkan oleh fisika. Untuk melampaui batas ini, para peneliti mengeksplorasi berbagai bahan yang masih dapat bekerja bahkan jika hanya satu atau dua atom yang tebal—yang disebut bahan 2D. Bagaimana pengujian back-gated memiringkan hasil Untuk mempelajari kinerja bahan-bahan tersebut, para peneliti sering mengandalkan arsitektur "back-gated" sederhana yang membangun semua komponen transistor pada satu bagian silikon untuk membuat fabrikasi lebih mudah dan memungkinkan eksperimen cepat. Dalam pengaturan ini, semikonduktor 2D ultratipis seperti molibdenum disulfida (MoS₂) berada di antara dua elektroda kontak logam yang mengalirkan arus melalui semikonduktor. Aliran arus dihidupkan atau dimatikan menggunakan substrat silikon sebagai kontrol gerbang. Namun, gerbang tidak hanya memodulasi saluran semikonduktor 2D; Dalam arsitektur "back-gate", itu juga mempengaruhi bagian semikonduktor yang berada di bawah kontak logam. Ini menciptakan fenomena yang disebut "contact gating", efek yang memperkuat kinerja transistor dengan menurunkan resistansi kontak menggunakan gerbang. Meskipun peningkatan kinerja ini pada awalnya menarik dan apa yang diinginkan para peneliti, arsitektur back-gated tidak dapat digunakan di perangkat dunia nyata karena keterbatasan kecepatan dan kebocoran arus listrik yang merupakan efek samping dari arsitektur. "Memperkuat kinerja terdengar seperti hal yang baik," kata Franklin. "Tetapi meskipun arsitektur ini bagus untuk pengujian dasar di laboratorium, ia memiliki keterbatasan fisik yang mencegahnya digunakan dalam teknologi perangkat yang sebenarnya." Membangun perangkat uji yang lebih adil Untuk mengungkapkan faktor kontribusi yang mendasari yang hadir dalam ratusan studi laboratorium pada transistor 2D, Victoria Ravel, seorang Ph.D. mahasiswa di laboratorium Franklin, menghabiskan satu tahun untuk membuat arsitektur perangkat baru yang memungkinkan tim untuk secara langsung mengukur seberapa banyak kontak gating mengubah kinerja mereka. Dia membangun transistor gerbang ganda simetris, yang mencakup gerbang di atas dan di bawah saluran, kontak, dan bahan semikonduktor 2D yang sama. Satu-satunya perbedaan antara mengontrol perangkat dengan gerbang belakang atau atas adalah apakah ada gerbang kontak, sehingga dia dapat melakukan perbandingan satu-ke-satu. "Dengan fabrikasi, Anda tidak pernah tahu apa yang akan Anda hadapi," kata Ravel. "Ketika Anda membuat pada dimensi sekecil itu, segalanya mulai menjadi sangat sulit dengan apa yang dapat Anda lakukan dalam batas fisik." Hasilnya mengejutkan. Di perangkat yang lebih besar, contact gating kira-kira menggandakan performa. Saat Ravel memperkecil perangkat ke dimensi kecil yang relevan untuk teknologi masa depan, efek contact gating meningkat. Pada panjang saluran 50 nanometer dan panjang kontak 30 nanometer, contact gating meningkatkan kinerja hingga enam kali lipat. Saat perangkat menyusut, Franklin menjelaskan, kontak mendominasi kinerja secara keseluruhan. Mekanisme apa pun yang mengubah perilaku kontak menjadi semakin penting. Karena sebagian besar hasil transistor 2D yang dilaporkan selama bertahun-tahun telah menggunakan arsitektur back-gadated, temuan dari Franklin dan Ravel memiliki implikasi yang luas. Langkah berikutnya menuju perangkat 2D yang realistis Selanjutnya, tim berencana untuk mendorong penskalaan lebih jauh, dengan panjang kontak hingga 15 nanometer, dan menyelidiki logam kontak alternatif untuk mengurangi resistansi kontak. Tujuan yang lebih luas adalah untuk menetapkan aturan desain yang lebih jelas untuk mengintegrasikan semikonduktor 2D ke dalam teknologi transistor masa depan. "Jika bahan 2D akan menggantikan saluran silikon suatu hari nanti," kata Franklin, "kita harus jujur tentang bagaimana arsitektur perangkat membentuk apa yang kita ukur. Pekerjaan ini adalah tentang menetapkan fondasi itu."