Home

Беспереходный транзистор ведёт микросхемы к новым масштабам

Рейтинг пользователей: / 0
ХудшийЛучший 
Беспереходный транзистор ведёт микросхемы к новым масштабам
Схематический разрез нового транзистора и его фрагмент под электронным микроскопом. Простая внешне схема потребовала долгих лет подготовки к реализации (иллюстрация Tyndall National Institute).

Первый в мире транзистор без полупроводниковых переходов построен ирландскими физиками. Как ни удивительно, общий принцип устройства был предложен 85 лет назад, но только теперь его удалось материализовать. Между тем столь долгожданный новичок разрушает один из важных барьеров, стоящих на пути дальнейшего уплотнения электронных схем.

90 нанометров, 60, 30 — кто меньше? Характерные размеры отдельных элементов схемы при изготовлении чипов памяти и всяческих процессоров медленно, но упорно подбираются к масштабу, за которым в производстве возникнут серьёзные сложности. И одна из них — необходимость филигранной "высадки" на поверхности исходной кремниевой пластины различных легирующих примесей, которые превращают полупроводник в материал с разными типами проводимости (дырочной и электронной, или p- и n-типа).

За счёт таких добавок в нужных точках возникают p-n-переходы — промежуточные зоны в месте контакта двух кусков полупроводника с избытком дырок и электронов по обе стороны от границы. Эти переходы — сердце любого транзистора.

<a href=

Полевые транзисторы – основа всей современной электроники. В них ток через проводящий канал управляется перпендикулярным электрическим полем, меняющимся в зависимости от величины и полярности напряжения на затворе.

Этот класс транзисторов в свою очередь подразделяется на разные типы, важнейшим из которых является MOSFET (металл-оксид полупроводник или просто МОП). Здесь затвор изолирован от канала очень тонким слоем диэлектрика (обычно диоксида кремния). На рисунке показаны три вариации MOSFET: слева – с индуцированным (вверху) и встроенным каналами p-типа (и основой n-типа), а справа – транзистор, у которого канал и подложка обладают противоположными типами проводимости, то есть n и p соответственно. Как хорошо видно, без p-n-переходов тут не обойтись (иллюстрации с сайта wikipedia.org).

Беда в том, что в современных транзисторах, получаемых в составе интегральных схем, "капли" этих разнонаправленных добавок уже составляют по 10 нанометров в поперечнике (и даже меньше) и буквально соседствуют друг с другом. А "статистический" характер внесения атомов примесей и их дальнейшая диффузия сильно затрудняют получение перехода с чётко заданными размерами и границами уже на таких масштабах. На горизонте маячит тупик.

Лилиенфельд (вверху) в начале XX века, конечно, ничего не знал о нанопроводках, однако общий принцип работы полевого транзистора с изолированным затвором сформулировал и обосновал именно он. Первые работающие транзисторы такого типа появились только в 1960 году, но по конструкции заметно отличались от прибора, описанного Юлием, что повлекло за собой ряд как плюсов (для облегчения производства), так и минусов (для самих схем).<br></br>Коленж (внизу) утверждает, что его нынешний вариант транзистора идеологически наиболее близок к оригинальному проекту 85-летней давности, разве что выполнен в ином масштабе – с поправкой на современные возможности миниатюризации (фото wikipedia.org, Tyndall National Institute).

Лилиенфельд (вверху) в начале XX века, конечно, ничего не знал о нанопроводках, однако общий принцип работы полевого транзистора с изолированным затвором сформулировал и обосновал именно он. Первые работающие транзисторы такого типа появились только в 1960 году, но по конструкции заметно отличались от прибора, описанного Юлием, что повлекло за собой ряд как плюсов (для облегчения производства), так и минусов (для самих схем).

Коленж (внизу) утверждает, что его нынешний вариант транзистора идеологически наиболее близок к оригинальному проекту 85-летней давности, разве что выполнен в ином масштабе – с поправкой на современные возможности миниатюризации (фото wikipedia.org, Tyndall National Institute).

Выход из него удалось найти Жану-Пьеру Коленжу (Jean-Pierre Colinge) и его коллегам из ирландского национального института Тиндалла (Tyndall National Institute). Причём они возродили на новом витке развития техники очень давнюю мысль — транзистор, в котором нет никаких переходов и, соответственно, необходимости в тонких градиентах легирующих примесей в толще материала.

"Хотя идея транзистора без переходов может показаться довольно необычной, само слово "транзистор" не подразумевает обязательного наличия переходов по своей сути", — пишут авторы эксперимента. И ведь выдвинута была эта идея задолго до появления самих микросхем и электронной промышленности.

Всё нынешнее разнообразие транзисторов берёт своё начало в работах австро-венгерского физика Юлия Эдгара Лилиенфельда (Julius Edgar Lilienfeld), предложившего первый вариант данного прибора ещё в 1925 году.

В силу ряда технологических ограничений в последующие годы люди разработали и построили множество иных по строению транзисторов, но не тот самый, о котором рассуждал изобретатель этого полезного устройства. Это осуществила только команда Коленжа.

Её транзистор состоит из кремниевого нанопровода n-типа (проводящий канал), который окружает крайне тонкий слой диоксида кремния. Поверх него лежит своего рода "скоба" из полупроводника p-типа. Она является затвором, и уже одно его присутствие резко сокращает количество свободных электронов в области канала под "скобой". Если между истоком и стоком имеется напряжение, электроны всё равно не побегут по каналу — затвор не позволит.

Схема беспереходного транзистора Коленжа и его коллег. Ключ к появлению этого устройства – техника получения тонкого (поперечником всего в несколько десятков атомов) нанопровода при помощи гравировки фокусированным электронным лучом. Детали исследования раскрывает <a href=

Схема беспереходного транзистора Коленжа и его коллег. Ключ к появлению этого устройства – техника получения тонкого (поперечником всего в несколько десятков атомов) нанопровода при помощи гравировки фокусированным электронным лучом. Детали исследования раскрывает статья в Nature Nanotechnology и пресс-релиз института (иллюстрация Nature Nanotechnology).

"Это "обручальное кольцо" — структура, которая "сдавливает" проводящий кремний так же, как вы останавливаете поток воды в шланге, сжав его", — образно поясняет Жан-Пьер вмешательство затвора в работу нанопроводка. Однако подача напряжения на затвор заставляет его "ослабить хватку", и ток начинает проходить.

Аналогично группа построила "зеркальный" вариант своего транзистора, в котором нанопровод обладает проводимостью p-типа, а "обручальное кольцо" — n-типа. Принцип работы системы от такого обращения не меняется, хотя изменяются основные носители заряда.

Авторы устройства сообщают, что оно имеет превосходную вольт-амперную характеристику, крайне низкий ток утечки и меньшее воздействие на нормальную работу затвора скачков напряжения и температуры, чем у нынешних транзисторов.

Пройдя путь от транзисторов "на ножках" в 1960-х до транзисторов, "выращенных" сразу на поверхности схем в начале 1970-х, число этих ключевых элементов в одной схеме за тридцать лет выросло с нескольких сотен до <a href=

Пройдя путь от транзисторов "на ножках" в 1960-х до транзисторов, "выращенных" сразу на поверхности схем в начале 1970-х, число этих ключевых элементов в одной схеме за тридцать лет выросло с нескольких сотен до более чем двух миллиардов. Если мы хотим и дальше двигаться такими темпами, скоро нам потребуется нечто большее, чем банальное изменение масштаба составных частей. Не исключено, что это "большее" – как раз транзистор без p-n-переходов (фотографии с сайта wikipedia.org).

Малый ток утечки, в свою очередь, благоприятно влияет на энергопотребление схемы. "Беспереходное устройство близко к идеальным электрическим свойствам и ведёт себя как самый совершенный транзистор. Кроме того, оно обладает потенциалом для более быстрой работы с использованием меньшей энергии, чем обычные транзисторы в сегодняшних микропроцессорах", — утверждает Коленж.

Но куда интереснее перспективы для промышленников. "Эту конструкцию легко изготовить даже в миниатюрном масштабе, что приводит нас к крупному прорыву в потенциальном сокращении расходов", — добавляет Жан-Пьер.

Сейчас команда ирландских физиков ведёт переговоры с некоторыми из ведущих компаний — производителей полупроводниковых схем с целью дальнейшего развития и, возможно, лицензирования данной технологии.

Источник: http://www.membrana.ru

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить


Случайная статья

У Яндекса есть сервис Яндекс.Диск. Это облачное хранилище данных с развитым функционалом. Вообще ребята молодцы, следят за трендами, модой, оперативно реагируют на нововведения и вообще очень стараются. Сервис позволяет получить в пользование облачное хранилище объёмом в 10 ГБ, но Вы можете получить 11 Гб или 20 Гб, дальше расскажу как это можно сделать.