Grafenový FET je grafenový tranzistor , který využívá elektrické pole generované bránou k řízení vodivosti kanálu. V současné době neexistuje žádná průmyslová metoda pro získání grafenu, ale předpokládá se, že jeho dobrá vodivost pomůže vytvořit tranzistory s vysokou mobilitou nosiče a v tomto ukazateli předčí mobilitu u FET na bázi křemíku [1] .
Vytvořené tranzistory s efektem pole nejsou dokonalé a mají vysoké svodové proudy (vzhledem k tomu, že grafen je polokov ), i když modulace vodivosti může být významná [2] .
Vzhledem k tomu, že grafen je polokov, není možné se v něm zbavit nosičů aplikací hradlového napětí, a proto bude v grafenových strukturách vždy docházet k vysokému svodovému proudu. K překonání tohoto nežádoucího efektu se navrhuje použít úzké proužky grafenu, které se pro svou velikost nazývají nanoribbony, kde je díky efektu kvantové velikosti možný vznik zakázaného pásu , jehož šířka je nepřímo úměrná na příčný rozměr pásky [3] [4] .
Ne všechny nanopásky však mají zakázané pásmo, protože to silně závisí na umístění hraničních atomů, a obecně všechny nanopásky s atomy uspořádanými na okraji klikatě ( anglicky cik-cak ) nemají zakázané pásmo. Pouze pokud jsou atomy uspořádány do tvaru křesla ( anglicky armchair ), a jejich počet je odlišný od (3N-1), kde N je celé číslo, vzniká zakázané pásmo [5] . Když se na rozhraní objeví defekty, nanopásky přecházejí z kovového stavu do stavu polovodičového. Protože pomocí litografie není možné dosáhnout atomární přesnosti , nebylo dosud možné získat kovový nanopásek. Existuje však několik prací věnovaných studiu závislosti zakázaného pásu na šířce nanopásku [3] , kde se ukazuje, že při šířce pásu 20 nm je zakázané pásmo 28 meV.
Teoretické studium elektronové struktury nanoribbonů je předmětem mnoha prací, jak na základě modelu silně vázaných elektronů [5] , tak pomocí řešení Diracovy rovnice [6] , tak i numerických metod [7] [8 ] [9] .
První zařízení se závěrkou bylo demonstrováno v [10] , kde autoři použili standardní elektronovou litografii . Kovová brána spočívala na tenké dielektrické vrstvě (SiO 2 ). Kvalita zařízení se znatelně zhoršila kvůli dodatečnému rozptylu nosičů v grafenu, ale autoři pozorovali slabší modulaci vodivosti při přivedení napětí na hradlo než v případě zpětného hradla . Přes mnohem plošší závislost odporu na použitém hradlovém napětí tato práce ukázala, že konvenční techniky elektronové litografie lze aplikovat i na grafen.
V současné době existuje několik přístupů k vytvoření tranzistorů s efektem pole na bázi grafenu. Mezi nimi můžeme vyzdvihnout experimentálně implementovaný tranzistor založený na Coulombově blokádě a použití nového efektu předpovězeného v [2] .
Na základě grafenu je možné sestavit kvantovou tečku , ve které lze při dostatečně malých velikostech pozorovat Coulombovu blokádu [2] .
V [11] bylo ukázáno , že p–n přechod může sloužit jako účinný prostředek k fokusaci balistických elektronů.
Dvouvrstvý grafenový film má spíše parabolický než lineární rozptylový zákon s nulovou energetickou mezerou [12] .
Grafen umístěný na BN substrátu má spektrum nosičů s konečnou hmotností [13] .
Všechny výše uvedené příklady tranzistorů byly získány odlupováním grafitových vrstev lepicí páskou - proces, který je nespolehlivý a není kompatibilní s průmyslovou výrobou, ačkoli vzorky získané touto metodou mají zdaleka nejlepší vlastnosti. Existuje také další způsob, jak získat grafenové filmy na substrátu z karbidu křemíku (SiC) jeho tepelným rozkladem. [14] Tento způsob je mnohem bližší velkovýrobě.