Kuumia kantajia ja 2D-eristeitä transistoreille16.09.2024 Integroitujen piirien transistorit kohtaavat kasvavia haasteita koon pienentyessä. Tarvitaan uudenlaisia toimintaperiaatteita käyttäviä transistoreita. Kuumien kantajien transistoreilla, jotka hyödyntävät kantajien ylimääräistä kineettistä energiaa, on potentiaalia parantaa transistorien nopeutta ja toimivuutta. Niiden suorituskykyä on kuitenkin rajoittanut se, miten kuumat kantajat on perinteisesti generoitu. Tutkijaryhmä Kiinan tiedeakatemian metallitutkimusinstituutista (IMR) on ehdottanut uutta kuumien kantajien generoinnin mekanismia, jota kutsutaan "kuumien kantajien stimuloiduksi emissioksi" (SEHC). Sen myötä tiimi on kehittänyt myös innovatiivisen kuumaemission transistorin (HOET) Ohuet materiaalit, kuten grafeeni, voivat atomipaksuutensa, erinomaisten sähköisten ja optisten ominaisuuksiensa sekä täydellisen virheettömän pinnansa ansiosta muodostaa helposti heterorakenteita muiden materiaalien kanssa. Tämä luo erilaisia energiakaistayhdistelmiä, jotka tarjoavat uusia mahdollisuuksia kehittää uusia kuumakantajatransistoreja. IMR:n tutkijat kehittivät transistorinsa käyttämällä grafeenin ja germaniumin yhdistelmää, mikä johti innovatiiviseen mekanismiin kuumien kantajien luomiseen. Tämä uusi transistori koostuu kahdesta kytketystä grafeeni/germanium Schottky-liitoksesta. Käytön aikana germanium injektoi korkeaenergisiä kantajia grafeenipohjaan, jotka sitten diffusoituvat emitteriin, mikä laukaisee huomattavan virran kasvun siellä olevien esikuumennettujen kantajien avulla. Tämän rakenteen alle 1 mV/dec oleva kynnysheilahdus ylittää perinteisen "Boltzmann-rajan" 60 mV/dec. Samaan aikaan tämä transistori osoittaa huipun ja laakson virtasuhteen, joka ylittää 100 huoneenlämpötilassa. Näiden ominaisuuksien ohella myös moniarvoisen logiikkalaskennan mahdollisuudet tuli osoitettua. Siten se tarjoaa prototyypin pienen tehokäytön monitoimilaitteesta Mooren jälkeiselle ajalle uskovat tutkijat. Kiinan tiedeakatemian Shanghain yliopiston tutkijaryhmän johdolla yhdessä Hongkongin ja Fudanin yliopistojen kollegoiden kanssa, on kehittänyt uuden kaksiulotteisen erittäin vähän virtaa kuluttavan kenttävaikutustransistorin (FET). Kaksiulotteisia (2D) rakenteita, jotka koostuvat atomiohuista materiaaleista, joilla on korkea kantajien liikkuvuus, onkin tutkittu ehdokkaina tuleville transistoreille. Kuitenkin, koska sopivia korkealaatuisia eristeitä ei ole saatavilla, 2D-kenttävaikutustransistorit (FET) eivät voi saavuttaa täyttä teoreettista potentiaalia ja etuja huolimatta niiden ylivoimaisista fysikaalisista ja sähköisistä ominaisuuksista. Tässä tapauksessa kiinalaistutkijat esittelevät atomisesti ohuen yksikiteisen Al2O3:n (c-Al2O3) valmistusta korkealaatuisena yläportin eristeenä 2D FET:issä. Saavutetut atomiohuet safiirin yksittäiskiteet on valmistettu huoneenlämmössä – mikä monien tutkijoiden mielestä on ollut mahdotonta. Nyt tämä erittäin ohut safiiri on syntetisoitu edistyneeseen 2D-elektroniikkaan Näin tuotetut materiaalit voisivat mahdollistaa seuraavan sukupolven transistoreiden kehittämisen käytettäväksi pienissä siruissa Aiheesta aiemmin: Ferrosähköinen transistori muistaa ja laskee |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.