Uusi energiatehokas mikroelektroninen rakenne

Argonne National Laboratoryn tutkijat ovat edelläkävijöitä tavassa luoda uudenlaista tapaa moduloida tarkasti elektronien virtausta.

Uusi "redox-gating" läpimurto voisi johtaa uusien pienen tehonkäytön puolijohteiden tai kvanttilaitteiden kehittämiseen.

Kun elektroniikkalaitteidemme virtaa käyttävät integroidut piirit tulevat tehokkaammiksi, ne myös pienentyvät. Edessä olevan pienen koon tuoman haasteellisen ylikuumenemisen välttämiseksi mikroelektroniikan on kulutettava vain murto-osa perinteisen elektroniikan sähköstä toimiessaan silti huipputeholla.

Argonnen tutkijat ovat saavuttaneet läpimurron, joka voi mahdollistaa uudenlaisen mikroelektronisen materiaalin, joka voi tehdä juuri tämän. Uudenlaisella "redox-gating" -tekniikalla voidaan ohjata elektronien liikettä puolijohtavaan materiaaliin ja sieltä ulos.

"Alle voltin järjestelmä, jossa tämä materiaali toimii, on erittäin kiinnostava tutkijoille, jotka haluavat tehdä piirejä, jotka toimivat samalla tavalla kuin ihmisen aivot ja toimivat myös suurella energiatehokkuudella," toteaa Argonnen materiaalitutkija Wei Chen

Redox viittaa kemialliseen reaktioon, joka aiheuttaa elektronien siirtymisen. Mikroelektroniset laitteet käyttävät tyypillisesti sähköistä kenttävaikutusta ohjaamaan elektronien virtausta toiminnoissaan.

Kokeessa tutkijat suunnittelivat laitteen, joka pystyi säätelemään elektronien virtausta kohdistamalla jännitettä materiaalin yli, joka toimi eräänlaisena elektroniporttina. Kun jännite saavutti tietyn kynnyksen, noin puolet voltista, materiaali alkaa injektoimaan elektroneja portin läpi lähteen redox-materiaalista kanavamateriaaliin.

Käyttämällä jännitettä elektronien virtauksen muokkaamiseen, puolijohdelaite voisi toimia kuin transistori, joka vaihtaa johtavamman ja eristävämmän tilan välillä.

"Uusi redox-porttistrategia antaa meille mahdollisuuden moduloida elektronivirtaa valtavasti jopa matalilla jännitteillä, mikä tarjoaa paljon paremman tehokkuuden", sanoo materiaalitutkija Dillon Fong. "Tämä estää myös järjestelmän vaurioitumisen. Näemme, että näitä materiaaleja voidaan kierrättää toistuvasti ilman, että niiden suorituskyky heikkenee.

"Materiaalin elektronisten ominaisuuksien hallinnasta on myös merkittäviä etuja tutkijoille, jotka etsivät uusia ominaisuuksia tavanomaisten laitteiden lisäksi", sanoi Argonnen materiaalitutkija Wei Chen.

Redox-gating-ilmiö voi myös olla hyödyllinen luotaessa uusia kvanttimateriaaleja, joiden faaseja voidaan manipuloida pienellä tehonkäytöllä, arvioi Argonnen fyysikko Hua Zhou. Lisäksi redox-avainnustekniikka voi ulottua monipuolisiin toiminnallisiin puolijohteisiin ja runsaista alkuaineista koostuviin pieniulotteisiin kvanttimateriaaleihin.

Aiheesta aiemmin:

Läpimurtoja orgaaniselle elektroniikalle

Transistoroitu erotinkalvo akuille

Hapetus ja pelkistys muistitekniikan perustana