В электронных устройствах кремниевые транзисторы часто используются как переключатели. Под действием напряжения электроны в транзисторах проходят через энергетический барьер с одной стороны к другой, переключая устройство в положение «вкл». Таким образом, они могут выполнять бинарные вычислительные операции. Чем круче кривая переключения, тем меньше напряжения нужно для включения транзистора и выше энергетическая эффективность.
Но из-за особенностей движения электронов через энергетический барьер «тирания Больцамана» требует определенного минимума напряжения для переключения транзистора при комнатной температуре. Чтобы преодолеть этот лимит, исследователи использовали определенный набор полупроводниковых материалов – антимонид галлия и арсенид индия – и разработали устройства для использования уникального феномена квантовой механики: квантового туннелирования, или способности электронов преодолевать барьеры.
Однако обладая крутой кривой переключения, туннельные транзисторы обычно работают с малыми токами, что снижает производительность электроники. Для мощных переключателей необходимы высокие токи. Инженеры из MIT применили методы нанотехнологии для управления трехмерной геометрией транзисторов и создали вертикальные гетероструктуры с диаметром всего 6 нм.
Задействовав феномен квантовой локализации, они добились одновременно высоких показателей переключения и тока.
Благодаря крайне малым размерам транизсторов, исследователи смогли создать очень сильную квантовую локализацию, не увеличивая при этом толщину туннельного барьера, https://news.mit.edu/2024/nanoscale-transistors-could-enable... MIT News. Испытания показали, что крутизна кривой переключения оказалась ниже фундаментального лимита, доступного традиционным кремниевым транзисторам. Кроме того, опытный образец был в 20 раз эффективнее аналогичных туннельных транзисторов.
«Эта технология в потенциале способна заменить кремний, так что ее можно использовать со всеми функциями, которые сейчас есть у кремния, но с намного большей энергоэффективностью», - сказал Шао Яньцзе, ведущий автор исследования из Массачусетского технологического института.
Теперь команда разработчиков занимается улучшением методов производства для более равномерного размещения транзисторов по чипу. Для устройство такого размера разница даже в 1 нм может изменить поведение электронов и повлиять на работу устройства.
Недавно инженеры из MIT https://hightech.plus/2024/10/22/v-mit-napechatali-tranzisto... технологию, позволяющую создавать простые электронные схемы с помощью 3D-печати без использования полупроводниковых материалов. Для этого они использовали биоразлагаемый полимер с добавлением меди.