Memristorista tehokas kytkin

Monet elektroniikkalaitteet kuluttavat hieman sähköä vaikka eivät ole aktiivisessa käytössä.

Perusongelma on, että transistorikytkimissä kulkee lepotilavirtaa vaikka ne ovat ns. off-tilassa. Vastaavasti on-tilassa niissä tapahtuu piirirakenteita lämmittäviä tehohäviöitä. Mekaanisilla kytkimillä ei näitä ongelmia ollut mutta niitä on vaikea kuvitella käytettäväksi nykylaitteissa.

University of Utahin sähkö- ja tietotekniikan professori Massoudin Tabib-Azar ja hänen insinööritiiminsä on keksinyt tavan tuottaa mikroskooppisia elektronisia kytkimiä kodinkoneille ja laitteille, jotka kasvattavat ja liuottavat johteita piirin sisällä niin, että ne kytkevät ja katkaisevat sähkön kulun.

Kehitetyissä kytkimissä käytetään kiinteitä elektrolyyttejä, kuten kuparisulfidia kirjaimellisesti kasvamaan langaksi kahden elektrodin välissä. Sähkövirran napaisuuden vaihto saa metallisen johteen elektrodien välissä hajoamaan, jolloin kytkin on auki. Kolmatta elektrodia käytetään ohjaamaan tätä prosessia kasvamaan ja hajottamaan lankaa.

Keksinnön perusta on jyrkän off-siirtymän omaava memristori. Koska niiden kytkentämekanismi perustuu ionien liikkeeseen sekä hapetus/pelkistämis-prosessiin, memristorit tavallaan täyttävät MEMSen ja MOSFETin välisen kuilun.

Porttielektrodin avulla memristorirakennetta voidaan ohjata kytkinpiirinä, jolla on korkea eristystaso ja vähän virtaa käyttävä kytkentäoperaatio. Tutkijat loivat rakenteita joiden kytkentäjyrkkyys on 2 mV/dekadi. Tabib-Azarin mukaan tällaisen kytkimen tuotantoprosessi ei vaadi kalliita uudistuksia tuotantolaitoksissa, koska niissä kuparisulfidi on jo tuttu materiaali.

Tutkijoiden mukaan tällä hetkellä ainoa haitta tässä prosessissa on, että se on hitaampi kuin tyypilliset piikytkimet koska johteiden kasvattamiseen ja hajottamiseen kuluu aikaa.

Mutta Tabib-Azar odottaa aikaskaalan jatkossa paranevan ja toteaa, että tätä tekniikkaa voitaisiin käyttää erityisesti laitteissa, joissa nopeus ei ole etusijalla, mutta virrankäyttö on.