Нанотехнологичный транзистор не теряет энергию в виде тепла

«Если темп технологического прогресса сохранится, через 10-20 лет полупроводниковые транзисторы достигнут предела миниатюризации, — считает физик Ёк Хин Яп (Yoke Khin Yap) из Мичиганского технологического университета. — Полупроводники имеют еще один недостаток: они теряют слишком много энергии в виде тепла».

Возглавляемый им коллектив разработал метод получения «ковра» из нанотрубок нитрида бора (BNNT), известного как эффективный изолирующий наноматериал. С помощью лазера ученые вместе с коллегами из Окриджской национальной лаборатории нанесли на поверхность нанотрубок частицы (квантовые точки, QD) золота. Малый диаметр и однородность BNNT делает их идеальной основой для квантовых точек, ограничивая их характерный размер примерно тремя нанометрами. Затем, при комнатной температуре, к концам нанотрубок были подсоединены электроды.

Под действием приложенного к контактам напряжения электроны перемещались от одной квантовой точки к другой — явление, известное как квантовый туннельный эффект. Каждый электрон проходил по одному и тому же пути, то есть полученное устройство всегда сохраняло стабильность. Таким образом, при достаточно большой разности потенциалов транзистор QD-BNNT переключался в проводящее состояние, а при низком и отрицательном напряжении возвращался в свое естественное диэлектрическое состояние.

Поскольку утечки электронов из квантовых точек в изолирующий материал BNNT не происходит, устройство при работе не нагревается в противоположность его аналогам на базе полупроводников. Кроме того, оно функционирует при комнатной температуре, тогда как прежние эксперименты по использованию туннельного эффекта для создания транзисторов осуществлялись только при охлаждении жидким гелием.

Что же касается потенциала для миниатюризации, теоретически, как утверждает Яп, туннельные каналы можно уменьшить почти до нуля, а расстояние между электродами сократить до ничтожной доли микрона.

Работа, по результатам которой подана заявка на международный патент, описывается в статье, опубликованной онлайн 17 июня в журнале Advanced Materials.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI