據(jù)物理學家組織網(wǎng)1月23日（北京時間）報道，英國曼徹斯特大學的科研人員設計出一種新型石墨烯晶體管，在其中電子可借助隧穿和熱離子效應，同時從上方和下方穿越障礙，并在室溫下展現(xiàn)出高達1×106的開關比率。
    
    石墨烯晶體管獲得較高的開關比率一直難以實現(xiàn)，而有了高開關比，以及其在柔性、透明基板上的操作能力，新型晶體管能夠在后CMOS設備時代占有一席之地，并有望達到更快的計算速度。相關研究發(fā)表在近期出版的《自然·納米技術》雜志上。
    
    石墨烯晶體管多具有三明治結構，以原子厚度的石墨烯作為外層，而以其他超薄材料作為中間夾層。這些中間層可以囊括多種不同材料。在此次的研究中，科學家使用二硫化鎢（WS2）作為中間層，其能夠作為兩個石墨烯夾層之間原子厚度的壁壘。與其他壁壘材料相比，二硫化鎢的最大優(yōu)勢在于，電子可借助熱離子運輸方式從上方越過障礙，也可利用隧穿效應從下方穿過障礙。處于關閉狀態(tài)時，極少電子能借助上述方式穿越障礙，但當調(diào)至開啟狀態(tài)時，電子既能選用一種方式逾越壁壘，亦能同時選擇兩種方式以實現(xiàn)類似效果。
    
    開關間切換將改變晶體管的柵電壓。負柵電壓將形成關閉狀態(tài)，因為其將增加隧穿障礙高度，因此幾乎沒有電子能夠越過壁壘。而正柵電壓能通過降低隧穿障礙的高度使晶體管轉換至開啟狀態(tài)。同時，如果溫度足夠高，亦可借助熱離子電流從上方越過壁壘。在低電壓和低溫的情況下，隧穿電流與電壓呈線性關聯(lián)。但當處于高壓下時，隧穿電流會隨電壓呈現(xiàn)指數(shù)增長，此時熱離子電流就會成為主要的傳輸機制。
    
    利用上述特質(zhì)和二硫化鎢壁壘材料，新晶體管成為目前性能最佳的石墨烯晶體管之一。此外，由于僅具有幾個原子層的厚度，新型晶體管能夠耐受彎曲，未來更有望應用于柔性、透明電子設備的制造，成為后CMOS設備時代的有力備選。
    
    人人都說電子領域里，石墨烯是硅的接班人，但想要進入實際應用的石墨烯，還需大幅提高其開關比。某種角度來看，這似乎不是個難事——電子在石墨烯中的移動速度本來就比硅快，即使不優(yōu)化設計，石墨烯晶體管的速度也是硅的兩倍還多。但在工藝和技術上，卻遠沒那么輕松，不存在能隙的石墨烯晶體管一直以來都只有很小的開關比。亦因此，曼徹斯特大學此次實現(xiàn)的高開關比更顯意義非常，盡管其性能或許離人們的預想值還有段距離，但正以井噴勢頭提升的數(shù)字，昭示著一個石墨烯器件時代，為期不遠。
    
    （2013年1月24日 01版）