Исследователи MIT представили революционный нано-транзистор, который обещает изменить электронику, предлагая более высокую эффективность по сравнению с традиционными устройствами на основе кремния. Эта инновация решает ограничения, накладываемые так называемой 'тирании Больцмана', физическим ограничением, которое мешает кремниевым транзисторам работать ниже определенного напряжения, тем самым препятствуя энергетической эффективности.
Новый дизайн включает в себя ультратонкие полупроводниковые материалы, такие как антимонид галлия и арсенид индия, и использует квантовое туннелирование—феномен, позволяющий электронам проходить через энергетические барьеры, а не преодолевать их. Это приводит к трехмерной структуре транзистора, состоящей из вертикальных нанопроводов шириной всего несколько нанометров, что позволяет работать при значительно более низких напряжениях, сохраняя при этом производительность, сопоставимую с современными кремниевыми транзисторами.
Яньцзие Шао, постдокторант MIT и ведущий автор исследования, заявил: "Это технология с потенциалом заменить кремний, позволяя использовать те же функции с улучшенной энергетической эффективностью." Новые туннельные транзисторы демонстрируют резкий переход между состояниями 'выключено' и 'включено' при более низких напряжениях, что является достижением, с которым традиционные кремниевые транзисторы сталкиваются с трудностями.
Инженерия этих транзисторов использует квантовое ограничение для контроля поведения электронов в ограниченном пространстве, что улучшает их способности к туннелированию. Современное оборудование MIT, MIT.nano, позволило создать точные 3D-геометрии, необходимые для этого эффекта, что привело к созданию самых маленьких 3D-транзисторов, о которых сообщалось на сегодняшний день, с диаметром всего 6 нанометров.
По словам Хесуса дель Аламо, старшего автора и профессора инженерии, "С обычной физикой можно дойти только до определенной точки. Работа Яньцзе показывает, что мы можем сделать лучше, но для этого нужно использовать другую физику. Существует множество задач, которые еще предстоит решить, прежде чем этот подход станет коммерчески жизнеспособным, но концептуально это действительно прорыв."
Исследовательская группа, в которую входят профессора Джу Ли, Марко Пала и Дэвид Эссени, теперь сосредоточилась на улучшении методов производства для достижения большей однородности между чипами. Они исследуют альтернативные вертикальные конструкции, которые могут улучшить согласованность. Это исследование, опубликованное в Nature Electronics, частично финансировалось корпорацией Intel, что подчеркивает интерес индустрии к исследованию решений за пределами традиционных технологий на основе кремния.