Новости химической науки > Сверхбыстрые транзисторы с вакуумной проводимостью

Исследователи из Университета Питтсбурга разработали новый тип транзисторов, которые, благодаря вакуумной проводимости электронов работают в сотню раз быстрее, чем обычные твердотельные электронные устройства.

Исследователи заявляют, что новая технология не только открывает широкие перспективы для развития микроэлектроники, но и может быть полностью совмещена с существующими способами дизайна электронных схем.

Исследователи разработали низковольтный полевой транзистор, в котором вместо сплошного твердого тела имеется вертикальный наноразмерный вакуумный канал, вытравленный в металлооксидном полупроводниковом субстрате. После полной оптимизации время транспорта переносчика заряда в системе – ключевая характеристика, определяющая быстродействие электронных устройств – составляет всего 100 фемтосекунд, что на два порядка выше времени транспорта заряда в твердотельных транзисторах последнего поколения.

При разработке новый сверхбыстрых транзисторов вдохновение исследователям давала старая вакуумная электроника. (Рисунок из Nat. Nanotechnol., 2012, DOI: 10.1038/nnano.2012.107)

Транзисторы являются сердцем почти всех современных электронных устройств – они отвечают за усиление и переключение электронных сигналов. В полевых транзисторах электрическое поле контролирует электропроводность полупроводникового (чаще всего кремниевого) канала, по которому перемещаются переносчики заряда. Скорость перемещения электронов в твердом теле можно увеличить, увеличивая напряженность поля, однако при этом увеличение напряженности приводит к увеличению рассеивания электронов и понижению эффективности транзистора.

Идеально средой для скоростного переноса электронов является вакуум – в данном случае увеличение напряженности электрического поля не приведет к рассеиванию электронов, так как в вакууме нечему рассеивать переносчики заряда. Однако, несмотря на эти преимущества, для вакуумно-электронных устройств требуется большое значение напряжение и более того – вакуумные транзисторы несовместимы с электроникой на основе твердотельных транзисторов. Разработанный исследователями дизайн нового транзистора лишен недостатков, обычных и для твердотельных и для вакуумных транзисторов; он может оказаться полезным для разработки маломощных высокоскоростных электронных устройств нового поколения.

Руководитель исследования Хонг Ку Ким (Hong Koo Kim) заявляет, что разработанная в его группе технология может применяться в самых различных областях – помимо электроники нового поколения вакуумно-твердотельные транзисторы могут оказаться полезными для создания систем преобразования энергии. Новые транзисторы полностью совместимы с современной кремниевой электроникой и могут быть без проблем вмонтированы в существующие электронные схемы.

Коллеги Кима высоко оценивают результаты его работы, однако относятся к перспективам практического применения транзисторов нового типа со сдержанным оптимизмом, предполагая, что требуется еще ряд исследований и много работы до внедрения технологии, отмечая в первую очередь то, что пока неизвестно, насколько стабильными будут новые устройства и как долго они смогут работать, не теряя своей производительности.

Источник: Nat. Nanotechnol., 2012, DOI: 10.1038/nnano.2012.107

метки статьи: #нанотехнологии, #неорганическая химия, #новые материалы, #физическая химия, #химическая технология