Развитие технологий: Еще предстоит преодолеть много трудностей
Развитие технологий
- MIT создает нанотранзисторы для эффективной электроники
- Квантовое туннелирование обеспечивает низкое напряжение и высокую производительность
- Эта технология потенциально может заменить кремний.
Исследователи Массачусетского технологического института разработали нанотранзистор, который может проложить путь к более эффективной электронике, чем устройства на основе кремния.
Обычные кремниевые транзисторы играют ключевую роль в большинстве электронных устройств, но сталкиваются с физическим ограничением, известным как «тирания Больцмана», которое не позволяет им работать при напряжении ниже определенного уровня.
Это ограничение снижает энергоэффективность, особенно когда современные приложения, такие как искусственный интеллект, требуют более быстрых и мощных вычислений.
Нанопроволочные гетероструктуры
Развитие технологий
Чтобы устранить эти ограничения, команда Массачусетского технологического института создала новый 3D-транзистор с использованием ультратонких полупроводниковых материалов, включая антимонид галлия и арсенид индия.
В конструкции используется квантовомеханическое явление, называемое квантовым туннелированием, которое позволяет электронам проходить сквозь энергетические барьеры, а не преодолевать их. Эта структура, состоящая из вертикальных нанопроволок шириной всего несколько нанометров, позволяет этим транзисторам работать при гораздо более низких напряжениях, сохраняя производительность, сравнимую с современными кремниевыми транзисторами.
Яньцзе Шао, постдок в Массачусетском технологическом институте и ведущий автор исследования, рассказал MIT News: «Эта технология потенциально может заменить кремний, поэтому вы можете использовать ее для выполнения всех задач, которыми обладает кремний в настоящее время, но с большей энергией» эффективность гораздо выше». Полагаясь на туннельные транзисторы, устройство может достигать резких переходов между выключенным и включенным состояниями при более низких напряжениях, чего кремниевые транзисторы не могут сделать эффективно.
Транзисторы разработаны с использованием квантового ограничения, когда электроны содержатся в крошечном пространстве, что улучшает их способность преодолевать электрические барьеры. MIT.nano, передовой центр Массачусетского технологического института, позволил исследователям создать точную трехмерную геометрию, необходимую для этого эффекта, создав вертикальные гетероструктуры из нанопроволок диаметром всего 6 нанометров — самый маленький трехмерный транзистор, зарегистрированный на сегодняшний день.
«У нас есть большая гибкость в проектировании гетероструктур из этих материалов, поэтому мы можем создавать очень тонкие туннельные барьеры, что позволяет нам достигать очень высоких токов», — объясняет Шао. Конструкция поддерживает крутой наклон переключения, что позволяет устройству работать при более низких пределах напряжения, чем обычный кремний.
«Обычная физика может зайти так далеко, — сказал старший автор Хесус дель Аламо, профессор технических наук Доннера. — Работа Яньцзе показывает, что мы можем добиться большего, но нам нужно использовать другие физические принципы» преодолеть коммерциализацию этого подхода в будущем, но концептуально это настоящий прорыв».
Исследовательская группа, состоящая из профессоров Массачусетского технологического института Джу Ли, Марко Пала и Дэвида Эссени, сейчас сосредоточила свое внимание на совершенствовании методов производства, чтобы сделать чипы более однородными. Даже на наноуровне крошечные несоответствия могут повлиять на производительность устройства, поэтому они изучают альтернативные вертикальные конструкции, которые могут улучшить однородность. Исследование, опубликованное в журнале Nature Electronics и частично финансируемое корпорацией Intel, отражает интерес отрасли к поиску решений, выходящих за рамки традиционных кремниевых технологий.
Развитие технологий
