Pientä ja suurta transistoritekniikkaa

Professori Adrian Ionescu ja hänen tiiminsä EPFL:n Nanolabissa ovat suunnitelleet ja osoittaneet uudenlaista transistoritekniikkaa, joka perustuu 2D-puolijohdemateriaaleihin ja joka on melkein yhtä energiatehokas kuin ihmisen aivot.

Tutkijoiden rakentama transistori koostuu kahdesta puolijohdemateriaalista 2D-kerroksina; volframi-diselenideä (WSe2) ja tina-diselenideä (SnSe2). 2D/2D-tunnelointitransistorina se hyödyntää WSe2/SnSe2-porttiliitoksen kaistalinjausta. Ja koska sen mitat ovat vain muutaman nanometrin, se on näkymätön ihmissilmälle.

Osana samaa tutkimusprojektia Nanolab-tiimi suunnitteli myös uuden hybridi-kaksoiskuljetusrakenteen, joka voisi jonain päivänä tehostaa teknologian suorituskykyä entisestään.

"Tätä uutta tekniikkaa voitaisiin käyttää rakentamaan elektronisia järjestelmiä, jotka ovat lähes yhtä energiatehokkaita kuin aivojemme neuronit. Ne toimivat noin 100 millivoltilla. Uusi teknologiamme toimii tällä hetkellä 300 mV:llä, mikä tekee siitä noin kymmenen kertaa tehokkaamman kuin perinteinen transistori." toteaa professori Ionescu EPFL:n tiedotteessa.

Tällä läpimurrolla on potentiaalisia sovelluksia kahdella alueella: puettavat tekniikat (kuten älykellot ja älykkäät vaatteet) ja sirut AI-reunaan. Mutta tämän konseptitodistuksen muuttaminen teollisuustuotteeksi vaatii silti vielä useiden vuosien työn.

Buffalon yliopiston sähköinsinöörit ovat puolestaan luoneet galliumoksidista transistorin, joka pystyy käsittelemään yli 8000 voltin jännitteitä.

Tällainen transistori voisi johtaa pienempään ja tehokkaampaan tehoelektroniikkaan esimerkiksi sähköautoissa, vetureissa ja lentokoneissa.

Tutkimuksen vetäjä Uttam Singisetti jatkaa, että transistori voisi hyödyttää myös mikrogrid-tekniikoita sekä solid-state-muuntajia.

Buffalon tutkijat ovat jo pitkään perehtyneet galliumoksidin mahdollisuuksiin transistorina. Ehkä tärkein syy tutkijoille selvittää galliumoksidin potentiaalia tehoelektroniikassa on sen kaistaeron laveus. Se on noin 4,8 elektronivolttia, kun se piillä on 1,1 elektronivolttia sekä piikarbidilla noin 3,4 ja galliumnitridillä noin 3,3 elektronivolttia.

Avainasemassa uudessa (Field-Plated Lateral Ga2O3 MOSFET) transistorissa on passivointi, joka toteutettiin kerroksella SU-8:lla. Se on epoksipohjaista polymeeriä, jota yleisesti käytetään mikroelektroniikassa. Simulaatiot viittaavat siihen, että transistorissa kentän vahvuus voi olla yli kymmenen megavolttia senttimetriä kohti.

"Nämä simuloidut kentänvoimakkuudet ovat vaikuttavia. Ne on kuitenkin vielä varmistettava suorilla kokeellisilla mittauksilla", kertoo UB:n professori Singisetti.

Aiheista aiemmin: Ultrapuhdasvalmistustapa 2D-transistoreille

Gallium-oksiditehotransistoreita ennätysarvoilla

Vauhtia galliumoksidi tehopiirien kaupallistamiselle