Еще не научились толком формировать микроэлектронные структуры на основе графена (монослой графита), а уже полным ходом исследуют свойства так называемых нанолент из графена (nanoribbons). Исследуют пока теоретически.

Как оказалось, сам графен в качестве канала полевых транзисторов в схемах логики и памяти не годится. У такого транзистора нет закрытого состояния. При изменении полярности напряжения на затворе с положительного на отрицательное изменяется только характер проводимости канала: вместо электронов в нем начинают проводить дырки. Эта особенность вызвана отсутствием запрещенной зоны в графене. Чтобы получить запрещенную зону, необходимо использовать двухслойный графен. Другую возможность предоставляют наноленты. Нанолентой называется вырезанная из графена полоска. Естественно, для приобретения новых по сравнению с простым графеном свойств она должна иметь нанометровую ширину. В этом случае запрещенная зона возникает из-за поперечного квантования (см. рис. 1, сверху).

Рис. 1. Выпрямитель на Z-контакте. Энергетический спектр в различных областях канала (сверху), атомная структура изогнутого канала (в центре), вид сбоку на структуру (снизу).

На характер квантования огромное влияние оказывает структура границы. Обратите внимание на то, что на рис. 1 (в центре) на разных участках расположение атомов на границе разное, кроме того, полоски вырезаны под разными углами. Из-за этого возникает и разная зонная структура.

Китайские и канадские ученые рассчитали проводимость структуры, представленной на рис. 1, и обнаружили у нее выпрямляющие свойства. Для этого надо подать напряжение на затвор. На рис. 1 (сверху) штриховой линией изображен уровень Ферми в равновесном состоянии. Особое свойство предложенной структуры заключается в том, что носители из левого контакта (истока) проходят в правый контакт (сток) только в узком интервале энергий вблизи уровня Ферми. Еще следует обратить внимание на то, что в контактах носители дырки, а в канале – электроны. Если подать отрицательное напряжение на сток, носители будут в него проходить. Если подать положительное напряжение, то носители будут «упираться» в запрещенную зону. На этом и основан эффект выпрямления.

Казалось бы, это не ахти какое достижение, ведь давно хорошо известны конструкции выпрямляющих диодов: p-n переходы и контакты металл-полупроводник. Однако попробуйте их «продлить в нанометры» – у вас ничего не получится. Указанные контакты имеют характерный размер, меньше которого их делать нельзя. Этот размер равен ширине области обеднения, для легирования 10¹⁸ см^-3 это 40 нм. Характерный размер рассматриваемых структур равен 4 нм и выпрямление тока в них основано совсем на других физических принципах.

Источник информации - заметка В.Вьюркова в бюллетене ПерсТ, выпуск 15 за 2008 г.