HighTech Ученые сообщают о новом виде транзистора, потребляющего на 90% меньше энергии и тем самым широко раздвигающего рамки теоретического предела возможностей электроники. Подобные открытия однажды могут привести к созданию сверхплотных схем с маленьким энергопотреблением и сверхчувствительных биологических и газовых датчиков.
Непрекращающееся уже полвека увеличение вычислительных мощностей стало возможно благодаря постоянному уменьшению размеров полевых транзисторов (ПТ) – структурных элементов большинства микрочипов. Их работу можно сравнить с мигающими выключателями, отображающими таким образом данные в нулях и единицах.
Сегодня основная проблема ПТ в том, что он потребляет слишком много энергии. Переключательные свойства полевых транзисторов ограничены так называемым значением допорогового тока - теоретическим пределом напряжения в 60 милливольт на декаду (мВ/декаду) при комнатной температуре. Это значит, что каждый раз при увеличении напряжения до 60 милливольт происходит его десятикратное увеличение. Снижение этого значения приведет к лучшему управлению каналами, благодаря чему переключение будет требовать меньше энергии.
Один из найденных учеными способов преодолеть этот предел – туннельные полевые транзисторы (ТПТ). Их преимущество заключается в квантовом туннелировании – явления, дающего электронам способность проникать сквозь препятствия. Теоретически, благодаря этому феномену ТПТ смогут переключаться при гораздо меньшем напряжении, чем обычные полевые транзисторы.
Совсем недавно исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB)и Хьюстонского университета Райса в штате Техас разработали туннельный транзистор, способный функционировать даже при напряжении в 0.1 вольт. Это привело к почти 90-процентному снижению энергопотребления по сравнению с обычными ПТ. Первого октября ученые и инженеры опубликовали свои открытия в свежем выпуске журнала Nature.
«Этот транзистор – огромный прорыв в электронике и производстве полупроводниковых материалов»,- рассказал журналу инженер-электрик UCSB Каустав Банерджи.
Новые туннельные полевые трансформаторы состоят из субстрата германия, покрытого двумя атомарно тонкими слоями полупроводника из кристаллаов сульфида молибдена. Его показатель значения допорогового тока – всего лишь 3.9 милливольт на декаду.
В единственном экспериментальном ТПТ, приблизившемся к цели, поставленной Международной топологической картой для полупроводников (ITRS), а именно среднее значение допорогового тока до 60 мВ/декаду на 4 декад, использовалась нанопроволока Но собрать такой транзистор по технологии изготовления обычных ПТ крайне проблематично. Однако новые туннельные полевые транзисторы не только близки к заветной цели ITRS, но и задействуют каналы с равномерной частотной характеристикой в производстве, что облегчает их создание.
Банерджи из UCSB предполагает, что новая технология найдет применение в электронике и компьютерах сверхмалой мощности. Кроме того, новые транзисторы могут быть использованы для снижения энергопотребления и увеличения срока службы батарей центров обработки данных, что снизит их стоимость и выбросы парниковых газов, а также для сверхчувствительных биодатчиков и датчиков газа с малым энергопотреблением. «Интернет вещей» тоже не откажется от такой технологии.
Однако Банерджи сразу предупредил, что ТПТ не предназначены для высокой скорости или производительности. Он считает, что «Лучше всего они подойдут электронике с малым энергопотреблением».