Как заменить кремний металлом в транзисторах?
Для транзистора важны свойства полупроводника. Современные транзисторы основаны преимущественно на кремнии. Ученые постоянно ищут замену этому материалу. В качестве одной из альтернатив кремнию рассматривается даже углерод. Но, оказывается, эту роль может сыграть и металл, не являющийся полупроводником. Как такое возможно?
В современном компьютерном чипе количество транзисторов порой исчисляется миллиардами. Изготавливаемые сейчас транзисторы базируются на полупроводниковых материалах, обычно это кремний.
Спрос на компьютерные чипы для ноутбуков, планшетов и смартфонов продолжает расти, а это значит, что рассматриваются и новые технологии производства этих важнейших компонентов, способные сделать их более гибкими и энергоэффективными и при этом разумеется, недорогими.
Группа во главе с доктором Кристианом Клинке (Christian Klinke) из Гамбургского университета достигла успеха в производстве транзисторов, которое основано на совсем ином принципе, чем тот, что сейчас применяется в промышленности. В рамках новой разработки применяются металлические наночастицы, которые настолько малы, что уже не проявляют свойств металла под воздействием электрического тока, но проявляют себя в качестве энергетического зазора (energy gap), причиной которого является кулоновское отталкивание электронов друг от друга.
Под воздействием управляющего напряжения происходит энергетический сдвиг этого зазора, и ток таким образом может включаться и отключаться. В отличие от прежних попыток создать подобное техническое решение, наночастицы не являются индивидуальной структурой покрытия, нанесение которого является очень сложным производственным процессом, а свойства подобных компонентов ненадежны. Вместо этого наночастицы наносятся в качестве тонкой пленки высотой всего в один слой наночастиц. Применяя этот метод, можно сделать электрические характеристики девайсов настраиваемыми и почти идентичными.
Эти кулоновские транзисторы обладают тремя основными преимуществами, которые делают их интересными для последующего коммерческого применения. Прежде всего, синтез металлических наночастиц в рамках коллоидной химии является очень хорошо управляемым и масштабируемым процессом. В результате получаются очень маленькие нанокристиллы, которые могут храниться в растворах и могут быть легко использованы.
Технология Ленгмюра — Блоджетт позволяет создавать высококачественные однослойные пленки и может быть также применена в промышленных масштабах. Таким образом, новая разработка позволяет использовать стандартные литографические методы для конструирования компонентов и интеграции их в электрические схемы, которые позволяют сделать девайсы недорогими, гибкими и доступными для изготовления в рамках индустрии.
Транзисторы, которые получаются в результате их производства по рассматриваемому методу, более чем в 90% случаев проявляют способности к переключению и функционируют при температуре вплоть до комнатной. Недорогие транзисторы и компьютерные чипы, которые могут быть произведены по данному методу, характеризуются сниженным энергопотреблением. В будущем вероятно применение данной технологии в промышленности. Результаты рассматриваемого исследования были опубликованы научным журналом Science Advances.
Научный интерес представляет в рамках исследования и тот факт, что металлические частицы проявляют свойства, подобные свойствам полупроводника. Причиной тому — их маленький размер. Разумеется, еще предстоит проделать немалую исследовательскую работу, но то, что уже сделано, показывает: альтернатива привычным транзисторам существует, и она может в будущем найти себе применение в различных устройствах.
Разработка группы ученых может использоваться не только в качестве транзисторов. Интересна также возможность ее применения в качестве химических сенсоров, поскольку промежутки между наночастицами, работающие в качестве туннельных барьеров, высокочувствительны к химическим покрытиям.
Насколько перспективен, по вашему мнению, новый метод производства транзисторов?
По материалам sciencedaily.com