Un FET cu grafen este un tranzistor cu grafen care utilizează un câmp electric generat de o poartă pentru a controla conductanța unui canal. În prezent, nu există o metodă industrială pentru obținerea grafenului, dar se presupune că o bună conductivitate a acestuia va ajuta la crearea tranzistorilor cu mobilitate mare a purtătorului și, în acest indicator, va depăși mobilitatea în FET -urile pe bază de siliciu [1] .
Tranzistoarele cu efect de câmp create nu sunt perfecte și au curenți de scurgere mari (datorită faptului că grafenul este un semimetal ), deși modulația conductibilității poate fi semnificativă [2] .
Deoarece grafenul este un semi-metal, este imposibil să scapi de purtătorii din el prin aplicarea unei tensiuni de poartă și, prin urmare, va exista întotdeauna un curent de scurgere mare în structurile de grafen. Pentru a depăși acest efect nedorit, se propune să se utilizeze benzi înguste de grafen, care se numesc nanoribbons datorită dimensiunii lor, unde, datorită efectului de dimensiune cuantică , este posibilă formarea unei benzi interzise , a cărei lățime este invers proporțională. la dimensiunea transversală a benzii [3] [4] .
Cu toate acestea, nu toate nanoribonurile au o bandă interzisă, deoarece aceasta depinde puternic de locația atomilor de limită și, în general, toate nanoribbonurile cu atomi aranjați la margine în zigzag ( zig-zag în engleză ) nu au o bandă interzisă. Numai dacă atomii sunt aranjați sub formă de fotoliu ( English chair ), iar numărul lor este diferit de (3N-1), unde N este un întreg, se formează un band gap [5] . Când apar defecte la interfață, nanoribbonurile trec din starea metalică în starea semiconductoare. Deoarece nu este posibil să se obțină precizie atomică cu litografie , nu a fost încă posibil să se obțină o nanoribbon metalic. Cu toate acestea, există mai multe lucrări dedicate studiului dependenței benzii interzise de lățimea nanoribbon [3] , unde se arată că la o lățime a benzii de 20 nm, banda interzisă este de 28 meV.
Studiul teoretic al structurii electronice a nanoribonurilor face obiectul a numeroase lucrări, atât bazate pe modelul electronilor puternic legați [5] , cât și folosind soluția ecuației lui Dirac [6] , precum și metode numerice [7] [8 ] ] [9] .
Primul dispozitiv cu obturator a fost demonstrat în [10] , unde autorii au folosit litografia electronică standard . Poarta metalică s-a sprijinit pe un strat dielectric subțire (Si02 ) . Calitatea dispozitivului s-a deteriorat considerabil din cauza împrăștierii suplimentare a purtătorilor în grafen, dar autorii au observat o modulare mai slabă a conductibilității atunci când a fost aplicată tensiune pe poartă decât în cazul unei porți inverse . În ciuda dependenței mult mai plată a rezistenței de tensiunea de poartă aplicată, această lucrare a arătat că tehnicile convenționale de litografie electronică pot fi aplicate și grafenului.
În prezent, există mai multe abordări ale creării tranzistoarelor cu efect de câmp bazate pe grafen. Printre acestea, putem evidenția un tranzistor implementat experimental bazat pe blocada Coulomb și utilizarea unui nou efect prezis în [2] .
Pe baza grafenului, este posibil să se construiască un punct cuantic , în care, la dimensiuni suficient de mici, se poate observa blocada Coulomb [2] .
Sa arătat în [11] că joncțiunea p–n poate servi ca un mijloc eficient de focalizare a electronilor balistici.
Un film de grafen cu două straturi are o lege de dispersie parabolică, mai degrabă decât liniară, cu un decalaj de energie zero [12] .
Grafenul plasat pe un substrat BN are un spectru de purtători cu o masă finită [13] .
Toate exemplele de tranzistoare de mai sus au fost obținute prin decojirea straturilor de grafit cu bandă adezivă - un proces care nu este de încredere și nu este compatibil cu producția industrială, deși mostrele obținute prin această metodă au de departe cele mai bune caracteristici. Există, de asemenea, o altă modalitate de a obține filme de grafen pe un substrat de carbură de siliciu (SiC) prin descompunerea sa termică. [14] Această metodă este mult mai apropiată de producția pe scară largă.