Исследовательская команда двух университетов в США достигла существенных успехов на пути создания полевых транзисторов с квантовым туннелированием (TFET).
Исследователи из Университета Нотр-Дам и Университета штата Пенсильвания объявили, что достигли существенного успеха в разработке туннельных полевых транзисторов (TFETs) — полупроводниковых устройств, которые используют некоторые особенности поведения электронов на квантовом уровне.
 |
Исследователи из Университета Нотр-Дам и Университета штата Пенсильвания объявили о прорыве в разработке туннельных полевых транзисторов. Фото Университета Нотр-Дам.
Транзисторы являются строительными блоками электронных устройств, и большая часть роста вычислительной мощности компьютеров за последние 40 лет обусловлено увеличением количества транзисторов, которые могут быть размещены на подложке кремниевого кристалла. Но этот рост (описанный законом Мура), даже в условиях современных нанотехнологий, может скоро подойти к концу.
Многие специалисты, работающие в полупроводниковой индустрии считают, что эта отрасль быстро приближается к физическим пределам миниатюризации транзисторов, поскольку характерные размеры последних становятся всё ближе к размерам атомов, из которых они состоят. Основной проблемой современных полевых транзисторов является наличие тока утечки, ведущего к выделению избыточного тепла из миллиардов расположенных в непосредственной близости транзисторов. Ток же утечки, как правило, обусловлен паразитным туннелированием электронов сквозь очень узкие, близкие к атомарным размерам, барьерам.
Последние достижения в университетах в Нотр-Дам и в штате Пенсильвания, которые являются партнерами по Институту наноэлектроники (Midwest Institute for Nanoelectronics Discovery, далее MIND), показывают, что TFET-транзисторы могут дать один из путей к решению этих проблем, обеспечивая сравнимую с современными КМОП-транзисторами производительность, но при этом позволяют создавать устройства с гораздо более высокой энергоэффективностью.
Они делают это, пользуясь возможностью электронов проходить по «квантовому туннелю» через тонкие слои твердых тел, с эффектом, который на обывательском уровне воспринимается как волшебство, но на квантовом уровне это соответствует нормальному поведению электронов.
Как говорит Алан Сибуг (Alan Seabaugh), профессор электротехники в Нотр-Дам, транзистор сегодня действует так же, как плотина с подвижнымы воротами. Ему вторит Франк Фрайманн (Frank M. Freimann), директор MIND: «Скорость, с которой течёт вода, как и сила тока транзистора, зависит от высоты ворот. В туннельных транзисторах у нас есть новый вид ворот, через которые может течь больше тока. Мы электрически регулируем толщину ворот и можем включить и выключить ток».
«Электронные туннельные компоненты имеют долгую историю коммерциализации, — добавляет Алан Сибуг. — Очень вероятно, у вас уже есть более миллиарда таких компонентов в устройствах флэш-памяти. Ведь принцип квантово-механического туннельного транзистора уже используется для устройств хранения данных».
Хотя TFET-транзисторы всё ещё уступают по энергетической эффективности современным транзисторам, результаты исследований, полученные в декабре 2011 г в Пенсильвании и в марте 2012 г. в Нотр-Дам, демонстрируют достигнутые улучшения в управлении током туннельного транзистора и ещё больше достижений ожидается в скором времени.
«Наши разработки базируются на поиске правильного сочетания полупроводниковых материалов, необходимых для создания таких устройств, — говорит Суман Датта (Suman Datta), профессор электротехники Университета штата Пенсильвания. — Если мы добъёмся успеха, то наш результат будет существенным фактором для создания маломощных интегральных схем. Это, в свою очередь, расширит возможности устройств с автономным питанием, которые в сочетании с эффективными аккумуляторами могут обеспечить режим активного мониторинга здоровья, окружающей среды, и имплантируемых медицинских устройств».
Еще одно преимущество туннельных транзисторов в том, что для их применения вместо существующих компонентов не требуется значительных изменений в полупроводниковой промышленности. Большая часть существующих схемных решений и производственной инфраструктуры останутся такими же.
Источник: ScienceDaily
Читайте также:
Toshiba на пути к новой флэш памяти
На пути к милливольтной электронике