A kutatók a legkisebb tranzisztorot állítják elő

Tranzisztor kapu csak egy nanométer hosszú nanocsőből készül

A nano-tranzisztor egy molibdén-diszulfid-csatornából és egy szén-nanocső kapujából áll. © Sujay Desai / Berkeley Lab
felolvasta

Miniatürizációs szélsőségek: Az amerikai kutatók a félvezető anyag legkisebb tranzisztorát készítették. Komponensük szilícium helyett molibdénvegyületből áll, és kapuként szén nanocsöveket használnak. Ez a felépítés csökkenti a kvantum-fizikai zavaró hatásokat, és lehetővé teszi a miniatürizálást azon határon túl, amelyet a szilícium számára lehetségesnek tartanak, amint a kutatók a Science című folyóiratban közlik.

Elektronikánk egyre kisebb és erősebb - még mindig. A miniatürizációnak azonban vannak korlátai: bizonyos mennyiségek alatt kvantum-fizikai hatások lépnek fel, amelyek lehetővé teszik az elektronok számára, hogy az alagutakba lépjenek az összeköttetések között. Tranzisztor esetén szivárgásokhoz vezet az áramlás. "Ez azt jelenti, hogy nem tudjuk kikapcsolni a tranzisztort, az elektronok ellenőrizetlen." - mondja Sujay Desai, a kaliforniai Berkeley-i Egyetem tanulmányvezetője.

A szilícium helyett molibdénvegyület

Ezen kvantumhatások miatt a szilícium-tranzisztorok már megközelítik a miniatürizációs korlátot: A piac legkisebb modelljeinek kb. 20 nanométer hosszú kapuk vannak, öt nanométer a legkisebb, mégis funkcionális érték. Desai és kollégái most megvizsgálták - és kiderítették -, hogyan lehet ezt az akadályt tovább csökkenteni.

A kutatók kifejlesztették egy tranzisztor prototípusát, amely a maga legkisebb alkotóeleme. Szilícium helyett tranzisztoruk félvezető anyagot, molibdén-diszulfidot (MoS2) használ. Ez a réteges anyag tartozik az átmeneti fém-dichalogenidekhez, az anyagok olyan csoportjához, amelyet a LED-ek, lézerek vagy napelemek számára ígéretes alapanyagnak tekintnek elektronikus tulajdonságaik miatt.

A kapu szén nanocsövekből készül

Ez a félvezető beágyazva van a tranzisztor kapujába, csak egy nanométer hosszú szén nanocsövekbe, amelyek 50 000-szer vékonyabbak, mint az emberi haj. Az a tény, hogy az ilyen nanocsövek alapvetően alkalmasak tranzisztor komponensekként, már néhány évvel ezelőtt bebizonyította a nanocsöveket használó kutatók. kijelző

A nano-tranzisztor elektronmikroszkópos keresztmetszettel. A cirkónium-dioxid szigetelőként szolgál. Qingxiao Wang / UT Dallas

"Komponensünk a legrövidebb tranzisztor" - mondja Ali Javey, Desais kolléga. Bár már csak egy atomból vannak tranzisztorok, de csak folyékony héliummal hűtve működnek. "A készülékünk azt mutatja, hogy a megfelelő anyagválasztással még több lehetőség van az elektronika miniatürizálására."

Kevesebb hatás - kevesebb energiafogyasztás

Amint a kísérletből kiderül, a kvantumfizikai hatási tényezők alacsonyak maradtak ebben az összetevőben a kicsi méret ellenére. "Több mint két nagyságrenddel alacsonyabb szivárgási feszültséggel rendelkezik, mint a szilícium megfelelőjével" - mondta Moon Kim társszerzője a texasi egyetemen. "Ennek eredményeként ez a tranzisztor lényegesen kevesebb energiát fogyaszt."

Az ilyen tranzisztorokkal ellátott elektronikus eszközök és chipek ezért kisebbek lehetnek, és ugyanakkor hatékonyabban működhetnek. "Az ezzel a technológiával rendelkező okostelefont nem kell gyakran feltölteni" - mondja Kim.

Az új miniatűr tranzisztoruk azonban még csak prototípus. Még be kell bizonyítania, hogy ugyanolyan jól működik, ha közel állsz egy zsetonhoz. Ezen túlmenően még mindig nincs olyan gép, amely ilyen tranzisztorokat tudna előállítani a tömegtermelésben. Ennek ellenére a kutatók prototípusukban fontos lépésnek tekintik az új, kisebb elektronikus alkatrészek felé. (Science, 2016; doi: 10.1126 / science.aah4698)

(DOE / Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium, 2016.10.7. - NPO)