Нанотехнологии - УрФО

Перейти на основной сайт
ИА ИНВУР Логотип Инновационного портала УрФО
Вы здесь: Главная // Аналитика

Как и зачем создан транзистор без полупроводника

Добавлено: 2013-06-27, просмотров: 796



Хотя некремниевые транзисторы не новость, классическое полупроводниковое устройство без этого самого полупроводника пока в нашу жизнь не вошло. Как полагают его разработчики, долго это не продлится.

Невозможно сравнивать прирост производительности транзисторной микроэлектроники в 1990–2000 гг. и, например, тот же прогресс в 2000–2010 гг., ибо уменьшать полупроводниковые транзисторы всё сложнее, а толку от этого всё меньше. Йок Кхин Яп (Yoke Khin Yap) из Мичиганского технологического университета (США) добавляет к этому ещё немного чёрной краски: транзисторы теряют относительно много энергии в виде тепла.

figure_1.jpg Рис. 1. Слева и справа — электроды; между ними на «подложке» в виде нанотрубки из нитрида бора расположены золотые сферы, по 3 нм каждая. Электрон, условно показанный синим, может путешествовать только между сферами, что исключает утечки и нагрев устройства. (Здесь и ниже иллюстрации MTU).

В попытке обойти эту сложность исследователь создал транзистор на основе «ковра» нанотрубок из нитрида бора. В норме это изолятор с высоким сопротивлением. При помощи лазеров на него помещались золотые сферы диаметром в 3 нм каждая — небольшие квантовые точки.

Поскольку нанотрубчатый «ковёр» не давал золотым квантовым точкам оказаться в «неправильной позиции», электроны могли путешествовать по такому транзистору только по заранее заданному маршруту: от одной квантовой точки к другой. Эта картина радикально отличается от царящей в транзисторах, которые мы используем, чтобы прочесть эту фразу, где электроны носятся, как этносы во времена великого переселения, контролируемые лишь в целом, а потому способные рассеиваться, «расходуясь» на создание ненужного тепла, а вовсе не на вычисления.

«Представьте себе нанотрубки как реку, с электродами на каждой стороне. Теперь вообразите, что между берегами протянулась тонкая цепочка камней, — только что не стихами говорит разработчик. — Электроны прыгают между отдельными камнями, но камни так малы, что вы можете пропустить через реку только один электрон за раз. Каждый электрон следует по одному и тому же пути, так что устройство в целом всегда стабильно».

Как вы уже заметили, перед нами транзистор без какого бы то ни было полупроводника: квантовые точки настолько тонко регулируют поток электронов, что проводимость в устройстве возникает только тогда, когда напряжение превышает заранее заданный уровень (в противном случае — это изолятор).

Итак, в этом квантовом туннелировании сам канал всегда остаётся холодным, поскольку утечки невозможны, а значит, таким устройствам не нужно охлаждение, и они вполне работают при комнатных температурах, не разогреваясь. Это принципиально отличает их от основанных на кремнии, подверженных утечкам и требующих неумолчной работы кулера.

figure_2.jpg Рис. 2. Делать «ковёр» из нанотрубок нитрида бора (на изображении) команда г-на Япа научилась пару лет назад.

Разработка Йок Кхин Япа пока имеет микрон в длину и примерно 20 нм в ширину. Размеры золотых частиц не превышают нанометров, поэтому общее количество золота в нью-транзисторе пренебрежимо мало, а теоретическое «дно» миниатюризации прибора далеко-далеко впереди.

Разработчик, само собой, подал заявку на патент и рассчитывает на внедрение технологии в относительно короткие сроки.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Advanced Materials.

Источники:

1. Мичиганский технологический университет

2. compulenta.ru