Energiatehokkaampia transistoreita tunneloinnin avulla

Nykyisiä transistorirakenteita edelleen kutistettaessa ongelmaksi nousee kasvava lämmöntuotto.

Uusien vähemmän tehoa hukkaavien tekniikoiden käyttöönotossa University of Notre Dame ja Pennsylvania State Universityn tutkijat ovat saavuttaneet myönteisiä tuloksia tunneloivan kenttävaikutustransistorin (TFET) suhteen.

Yliopistokumppaneiden Midwest Institute for Nanoelectronics Discovery (MIND) tutkimuslaitoksessa tehdyt ratkaisut osoittavat, että tunnelifeteillä on mahdollisuus nykyisiin transistoreihin verrattavaan suorituskykyyn mutta paljon parempaan energiatehokkuuteen.

Tähän päästään hyödyntämällä elektronien kykyä tunneloitua kiintoaineiden läpi ja tällaista tekniikkaa käytetään jo nykyään muun muassa haihtumattomissa flash-muisteissa.

Perinteisessä mosfetissa kanava kytkeytyy päälle vähitellen ja toimii niin kauan kuin käyttöjännite ei pienene liiaksi. Tunnelifetissä kanava kytketään injektoimalla kantajia porttiohjatun tunneliliitoksen kautta ja se aiheuttaa välittömän päällekytkeytymisen ja mahdollistaa käyttöjännitteen pienentämisen jota kautta voidaan saavuttaa tehonsäästöä.

Suurin este tunnelifettien käyttöönotossa ovat olleet liian pienet ohjausvirrat, mikä on johtunut tunnelointinopeuden rajoituksista nykyisin tunnetuissa puolijohteissa.

Uusimmat saavutukset perustuvat oikeiden materiaalien löytämiseen. Sopivasti valitun kahden eri puolijohdeyhdistelmän koostumusta säätämällä päästään siihen, että kaistalinjaukset tuottavat porrastetun kokoonpanoon, mikä voi merkittävästi parantaa tunnelointinopeutta ja tunnelifetin ohjausvirran vaikutusta.

Onnistuessaan tunnelifetin vaikutukset olisivat merkittäviä pienitehoisten sovellusten mikropiirien kannalta. Niiden käyttöönotto ei myöskään vaadi kaiken kattavaa muutosta nykyisessä puolijohdeteollisuudessa vaan infrastruktuuri pysyisi osin entisellään.