El fósforo establece nuevos estándares para transistores de alto rendimiento

Los investigadores han descubierto una forma azul de fósforo ultrafino con propiedades electrónicas que pueden mejorar la inyección de portadores de carga en los transistores.

Con su origen en el mundo de la tecnología, el silicio no solo es el segundo elemento más común en la corteza terrestre, sino también el segundo elemento más importante para nuestra vida después del oxígeno. El silicio ha demostrado su capacidad para ser un elemento ideal para manipular admirablemente la electricidad. La transición de iones difícilmente se puede lograr en ningún otro elemento como el silicio. Pero el ritmo actual de transición no puede tomarse como absoluto.

Se espera que una forma azul de fósforo ultrafino recién descubierta, con propiedades electrónicas que se pueden ajustar para mejorar la inyección de portadores de carga (con carga negativa y positiva) en los transistores, alimente los dispositivos electrónicos de próxima generación.

Un equipo de investigación dirigido por Shubham Tyagi, Ph.D. Un estudiante de la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah ha desarrollado un FET sin uniones utilizando el fósforo azul bidimensional recientemente descubierto como único material electroactivo. El fósforo azul es un semiconductor en sí mismo, pero se convierte en metal cuando se apila en una doble capa. "La capacidad de los fósforos azules para cambiar sus propiedades electrónicas en función del apilamiento es fundamental para nuestro dispositivo", dice Tyagi. "Una vez que logramos una orientación de cristal que ofrece una alta movilidad de la portadora a través del canal, estábamos seguros de que obtendríamos resultados positivos ya que el diseño sin uniones aborda la resistencia de contacto", agrega.

La monocapa de fosforeno azul actúa como un canal en el corazón de los dispositivos sin uniones y se intercala entre dos bicapas de fosforeno azul metálico que actúan como electrodos. El canal y los electrodos están hechos del mismo material, lo que da como resultado una estructura continua y, por lo tanto, reduce la resistencia.

Los investigadores estudiaron el transporte cuántico en el diseño FET propuesto para dos direcciones diferentes: sillón y zigzag mediante simulaciones. En ambas configuraciones, el FET medió efectivamente la transferencia de electrones entre el canal y los electrodos mientras cumplía con los criterios de conmutación y ganancia. Superó a los dispositivos que utilizan otros materiales bidimensionales, como fósforo negro y disulfuro de molibdeno de una sola capa.

Los investigadores están trabajando para reducir la corriente de fuga entre la puerta del transistor y los electrodos utilizando materiales de van der Waals, que están formados por capas unidas por interacciones débiles, y están ampliando sus ideas para diseñar dispositivos espintrónicos.

Referencia: Shubham Tyagi et al., Transistor de efecto de campo sin unión de alto rendimiento basado en fosforeno azul, npj materiales y aplicaciones 2D (2022). DOI: 10.1038/s41699-022-00361-1