Микроэлектроника — без полупроводников

Первое микроэлектронное устройство, в котором не используются полупроводники, изготовили инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего (UC San Diego). Оно управляется оптически и демонстрирует увеличение проводимости в 1000 раз при активации низким напряжением и лучом лазера малой мощности.

Это изобретение стало темой публикации в выпуске Nature Communications от 4 ноября. Оно открывает путь для создания более быстрой и мощной электроники, в том числе более эффективных солнечных панелей.

Скорость электронов в полупроводниках, а значит и проводимость, ограничена, так как им приходится при движении постоянно сталкиваться с атомами. Исследователи из группы прикладной электромагнетики UC San Diego предложили устранить это ограничение, заменив полупроводники свободными электронами в пространстве.

Высвободить электроны из материала непросто, это осуществляется с помощью высокого напряжения, мощных лазеров или экстремальных температур. Все эти методы непрактичны в микро- и наномасштабе современной электроники.

Калифорнийские инженеры изготовили миниатюрное устройство, которое выводит электроны из материала без таких экстремальных мер. Оно состоит из так называемой метаповерхности на кремниевой подложке с прослойкой двуокиси кремния между ними. Сама метаповерхность представляет собой массив грибовидных наноструктур из золота на параллельных золотых полосах.

При одновременном воздействии на неё низкого постоянного напряжения (менее 10 В) и маломощного ИК-лазера золотая метаповерхность генерирует «горячие точки» — области, в которых высокая интенсивность электрического поля обеспечивает достаточно энергии для вывода электронов из металла в пространство. При тестировании это отражалось в росте электропроводности на три порядка.

«Конечно, это не заменит все полупроводниковые устройства, но может оказаться наилучшим вариантом для определённых специальных приложений, например, сверхвысокочастотных или мощных устройств», — отметил руководитель работы, Дэн Сайвенпайпер (Dan Sievenpiper).

Для разных типов устройств, по словам исследователей, потребуется проектировать и оптимизировать различные метаповерхности.

Авторы продолжают эксперименты, имеющие целью проверку возможностей масштабирования и пределов производительности таких устройств. Они также изучают другие потенциальные приложения их технологии: в фотохимии, фотокатализе и фотоэлектронике.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI