Majoritatea testelor de laborator umflă discret performanța tranzistorilor 2D, arată cercetările | Andrew Tie, Universitatea Duke Siliciul a fost mult timp semiconductorul preferat pentru fabricarea tranzistoarelor, însă tehnologia modernă împinge limitările intrinseci ale materialului. Deja, componentele găsite în tranzistori sunt cât se poate de subțiri pe cât permite fizica. Pentru a depăși aceste limite, cercetătorii explorează materiale diferite care pot funcționa chiar dacă au doar unul sau doi atomi grosime — așa-numitele materiale 2D. Cum testarea back-gated distorsionează rezultatele Pentru a studia performanța acestor materiale, cercetătorii se bazează adesea pe o arhitectură simplă "back-gated" care construiește toate componentele tranzistorului pe o singură bucată de siliciu pentru a facilita fabricarea și a permite experimentarea rapidă. În această configurație, un semiconductor 2D ultrasubțire, precum disulfura de molibden (MoS₂), se află între doi electrozi metalici de contact care trec curentul prin semiconductor. Fluxul de curent este pornit sau oprit folosind substratul de siliciu ca control al poartă. Totuși, poarta nu doar modulează canalul semiconductor 2D; În arhitectura "back-gate", influențează și porțiunea semiconductorului care se află sub contactele metalice. Aceasta creează un fenomen numit "contact gating", un efect care amplifică performanța tranzistorului prin scăderea rezistenței de contact folosind poarta. Deși această îmbunătățire a performanței este la început atractivă și ceea ce își doresc cercetătorii, arhitectura back-gate nu poate fi folosită într-un dispozitiv real din cauza limitărilor de viteză și a scurgerii de curent electric care sunt efecte secundare ale arhitecturii. "Amplificarea performanței sună ca un lucru bun," a spus Franklin. "Dar, deși această arhitectură este excelentă pentru testarea de bază în laborator, are limitări fizice care împiedică utilizarea ei într-o tehnologie reală a dispozitivelor." Construirea unui dispozitiv de testare mai echitabil Pentru a dezvălui acest factor contributiv de bază, prezent în sute de studii de laborator pe tranzistori 2D, Victoria Ravel, doctorandă în laboratorul lui Franklin, a petrecut un an fabricând o nouă arhitectură de dispozitiv care permite echipei să măsoare direct cât de mult modifică gating-ul de contact performanța lor. Ea a construit un tranzistor simetric cu poartă dublă, care include porți deasupra și dedesubtul aceluiași canal semiconductor 2D, contacte și materiale. Singura diferență între controlul dispozitivului cu poarta din spate sau cea de sus era dacă era prezentă poartă de contact, astfel încât să poată face o comparație unu-la-unu. "Cu fabricația, niciodată nu știi cu ce te vei confrunta," a spus Ravel. "Când fabrici la dimensiuni atât de mici, lucrurile devin foarte dificile cu ceea ce poți face în limitele fizice." Rezultatele au fost uimitoare. La dispozitivele mai mari, poarta de contact dubla aproximativ performanța. Pe măsură ce Ravel a redus dispozitivele la dimensiuni foarte mici relevante pentru tehnologiile viitoare, efectul de contact gating a crescut. La o lungime de canal de 50 nanometri și lungimi de contact de 30 nanometri, poarta de contact a crescut performanța de până la șase ori. Pe măsură ce dispozitivele se micșorează, a explicat Franklin, contactele domină performanța generală. Orice mecanism care modifică comportamentul de contact devine din ce în ce mai important. Deoarece majoritatea rezultatelor cu tranzistori 2D raportate de-a lungul anilor au folosit arhitecturi back-gate, descoperirile lui Franklin și Ravel au implicații largi. Pașii următori către dispozitive 2D realiste În continuare, echipa plănuiește să extindă și mai mult scalarea, cu lungimi de contact reduse la 15 nanometri, și să investigheze metale alternative de contact pentru a reduce rezistența de contact. Scopul mai larg este de a stabili reguli de proiectare mai clare pentru integrarea semiconductorilor 2D în tehnologiile viitoare de tranzistori. "Dacă materialele 2D vor înlocui canalele de siliciu într-o zi," a spus Franklin, "trebuie să fim sinceri cu privire la modul în care arhitectura dispozitivelor modelează ceea ce măsurăm. Această muncă este despre a pune acea fundație."