- MIT разрабатывает нанотранзисторы для эффективной электроники
- Квантовое туннелирование обеспечивает низкое напряжение и высокую мощность
- Эта технология может заменить кремний.
Исследователи Массачусетского технологического института разработали нанотранзистор, который потенциально может проложить путь к электронике, более эффективной, чем устройства на основе кремния.
Традиционные кремниевые транзисторы, имеющие решающее значение в большинстве электронных устройств, подвержены физическому ограничению, известному как «тирания Больцмана», которое не позволяет им работать при напряжении ниже определенного уровня.
Это ограничение ограничивает энергоэффективность, особенно потому, что современные приложения, такие как искусственный интеллект, требуют более быстрых и мощных вычислений.
Нанопроволочные гетероструктуры
Чтобы устранить эти ограничения, команда Массачусетского технологического института разработала новый трехмерный транзистор с использованием ультратонких полупроводниковых материалов, включая антимонид галлия и арсенид индия.
В конструкции используется квантовомеханическое явление, известное как квантовое туннелирование, позволяющее электронам проходить через энергетический барьер, а не пересекать его. Эта структура, состоящая из вертикальных нанопроволок шириной всего в несколько нанометров, позволяет этим транзисторам работать при гораздо более низких напряжениях, обеспечивая при этом производительность на уровне современных кремниевых транзисторов.
«Эта технология потенциально может заменить кремний, поэтому вы можете использовать ее со всеми функциями, которыми обладает кремний в настоящее время, но с гораздо большей энергоэффективностью», — сказал Яньцзе Шао, постдокторант Массачусетского технологического института и ведущий автор исследования. Новости Массачусетского технологического института. Используя туннельные транзисторы, устройство обеспечивает резкий переход между состояниями «выключено» и «включено» при более низком напряжении, чего кремниевые транзисторы не могут сделать так эффективно.
Транзисторы разработаны с использованием квантового ограничения, которое управляет электронами в крошечных пространствах, улучшая их способность туннелировать через барьеры. Используя передовое оборудование Массачусетского технологического института, MIT.nano, исследователи смогли изготовить точную трехмерную геометрию, необходимую для этого эффекта, создав вертикальные гетероструктуры из нанопроволок с диаметром всего 6 нанометров. Сообщалось, что это самые маленькие трехмерные транзисторы, о которых когда-либо сообщалось.
«У нас есть большая гибкость в разработке этих материальных гетероструктур, поэтому мы можем создать очень тонкий туннельный барьер, который позволит нам получать очень большие токи», — объясняет Шао. Такая конструкция поддерживает крутой наклон переключения, позволяя устройству работать ниже предела напряжения обычного кремния.
По словам Хесуса дель Аламо, ведущего автора и профессора инженерных наук Доннера: «Обычная физика может зайти так далеко. Работа Яньцзе показывает, что мы можем добиться большего, но нам придется использовать другую физику. Есть еще много проблем, которые необходимо преодолеть, чтобы этот подход стал коммерчески жизнеспособным в будущем, но концептуально это действительно прорыв».
Исследовательская группа, в которую входят профессора Массачусетского технологического института Джу Ли, Марко Пала и Дэвид Эссени, сейчас сосредоточилась на совершенствовании методов производства для большей однородности чипов. Небольшие несоответствия, даже в нанометровом масштабе, могут повлиять на производительность устройства. Поэтому они изучают альтернативные вертикальные конструкции, которые могли бы улучшить согласованность. Исследование, опубликованное в Природная электроникабыл частично профинансирован корпорацией Intel и отражает интерес отрасли к поиску решений, выходящих за рамки традиционных полупроводниковых технологий.
Вам также может понравиться это
