| 0 |
|
Открытие, о котором сообщается в Nature Communications, прочно позиционирует в качестве перспективных полупроводниковых материалов для трехмерных интегральных схем нового поколения и адаптивных фотонных устройств коррелированные оксиды. Их название отражает тесную связь заполненности орбиталей со способностью электронов перемещаться в кристалле — тем, что делает материал металлом или диэлектриком.
В лаборатории Гарвардской школы технологий и прикладных наук SEAS, используя этот квантовый материал получили обратимые изменения электрического сопротивления, составляющие до восьми порядков величины. Данный результат, который сами авторы характеризуют как «колоссальный», позволит этому материалу успешно конкурировать с кремнием в лучших коммутаторах.
Несмотря на все еще продолжающийся рост их быстродействия и функциональности традиционные кремниевые транзисторы имеют фундаментальные ограничения на степень миниатюризации — начиная с определенного минимального размера они перестают работать нужным образом. Тем не менее, высокое коммутационное соотношение (отношение уровней тока или напряжения во включенном и выключенном состояниях), на практике составляющее не менее четырех порядков, делает поиск замены кремнию довольно сложной задачей.
До сих пор в экспериментах с коррелированными оксидами удавалось получить соотношение от силы 10 или 100 при температуре, близкой к комнатной. Но доцент материаловедения Шрирам Раманатан (Shriram Ramanathan) и его коллектив из SEAS сконструировали новый оксидный транзистор на базе никелата самария, продемонстрировавший на практике коэффициент коммутации выше десяти в пятой степени — уровень высококачественных кремниевых транзисторов.
В дальнейшем, ученым еще предстоит изучение коммутационной динамики нового устройства и рассеивания им энергии, но уже полученные данные позволяют говорить о концептуальном прорыве.
Семейство коррелированных оксидов известно уже многие годы, тем не менее, многие работы в этой области до сих пор ограничивались определением базовых свойств этих материалов.
Заслугой кембриджских ученых стала разработанная ими технология легирования таких оксидов — важная предпосылка для использования любого полупроводника.
Типичный эффект легирования заключается в увеличении количества носителей заряда, но в данном случае принцип действия другой. «Определенным образом выбирая легирующие добавки — в данном случае, водород или литий — мы можем расширять или сужать запрещенную зону в материале», — комментирует Раманатан. Если в традиционном методе уровень энергии подстраивается к барьеру, то здесь, наоборот, высота барьера подстраивается к энергии электронов.
Ионы водорода вводятся в тонкие пленки никелата самария и легированного иттрием цирконата бария в процессе отжига. При работе, электрическое поле перемещает заряды с одного слоя на другой. Впрыскивание или отток электронов модулируют запрещенную зону никелата самария, что приводит к значительному изменению проводимости.
В таком «орбитальном» транзисторе носители заряда входят в никелат самария и покидают его независимо от температуры. Это означает, что данное устройство может функционировать в тех же условиях, что и обычная электроника. Оно также является твердотельным, т.е. не содержит жидкостей или движущихся механических элементов, и при отсутствии питания сохраняет свое текущее состояние — важное качество для экономии энергии.
Развивая достигнутый успех, гарвардские материаловеды планируют приступить к разработке, на базе созданного в прошлом году Центра интегрированных квантовых материалов (Center for Integrated Quantum Materials) абсолютно нового класса электронных устройств и систем для обработки сигналов и компьютерных вычислений.
Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI
| 0 |
|
