Новости перспективных технологий

Продемонстрированы низковольтные вакуумные транзисторы

Изображение с сайта compulenta.ru

В Питсбургском университете (США) продемонстрирован транзистор, способный к эмиссии электронов по вакуумному каналу при напряжении менее 1 В. Такие устройства могут революционизировать современную электронику, резко повысив скорость её работы.

Способность радиоэлектроники следовать закону Мура, удваивая количество транзисторов на кристалле интегральной схемы каждые два года, определялась постоянным уменьшением размеров транзистора. Если в начале 1970-х году микросхемы, выполняемые как системы на кристалле, имели размеры 10–20 мкм, то сейчас речь идёт о 20 нм.

Но едва ли не тысячекратное «сжатие» транзистора за последние 40 лет упёрлось в естественное препятствие: несмотря на то что на базе FinFET-технологий нам обещают переход к техпроцессу 6 нм, соответствующие предприятия будут гораздо дороже сегодняшних, основывающихся на КМОП-процессах. Затраты на строительство одного завода, производящего чипы по 22-нанометровым технормам, равны $6 млрд, а для завода, оперирующего с чипами 130 нм, они не превышали $1,5 млрд. Это значит, что игроков на рынке будет всё меньше, а конкуренция всё ниже, со всеми вытекающим из этого неприятными последствиями для потребителя. Есть ли выход из замкнутого круга?

Исследователи из Питсбургского университета утверждают, что есть. «Скорость транзисторов в конечном счёте ограничена скоростью перетока электронов», — замечает Хонг Ку Ким, ведущий автор работы, опубликованной 1 июля в журнале Nature Nanotechnology. Однако твёрдая среда, представленная в сегодняшних транзисторах, ограничивает скорость электрона по сравнению со световой, которую он имел в вакуумных лампах. Та же среда вызывает рассеивание электронов в транзисторах, делает их чувствительными к температуре, и так далее.

Наилучший способ решения проблемы — переход к устройствам вакуумной электроники, так сказать, «назад в будущее». Но вакуумные решения требуют высокого вольтажа, что в случае массовых компьютеров неприемлемо (основной рынок радиоэлектроники имеет дело с сетями в 110 В). В идеале требуется вакуумное электронное устройство на основе сегодняшних кремниевых полупроводников. Именно это и удалось исследователям: они экспериментально обнаружили, что поведение электронов на плоской поверхности полупроводника с оксидным и металлическими подстилающими слоями может стать ключом к новому типу приборов.

Электроны, находящиеся на таком слое, формируют двумерный электронный газ. Оказалось, что кулоновское отталкивание для них столь велико, что эмиссия электронов с поверхности полупроводника по вакуумному каналу идёт легко и непринуждённо, причём при приложении ничтожного напряжения в 0,5–1 В. Опять же вакуум новому типу «вакуумных транзисторов» не нужен: в наномасштабах столкновение электрона с атомами веществ, составляющих воздух, маловероятно. На основе этой технологии возможно, отмечает исследователь, создание «нового класса высокоскоростных транзисторов с низким энергопотреблением, совместимых с существующими технормами кремниевой электроники».

И действительно: вакуумная электроника уже доказала, что способна работать на частотах до 0,47 ТГц, а теоретический барьер здесь гораздо выше. Теперь же, когда она способна работать с малыми напряжениями, препятствий для новых устройств больше не остаётся.

Впрочем, на пути внедрения таких технологий могут костьми лечь нынешние ключевые игроки микропроцессорного рынка, ведь их многолетние усилия по развитию традиционных транзисторов рискуют мгновенно устареть.

Информация с сайта compulenta.ru с ссылкой на phys.org.

Автор оригинального текста: Александ Березин.