Быстрые транзисторы помогут сохранить энергию

Исследователи из Цюрихского ETH и EPF в Лозанне разработали транзисторы с высокой скоростью переключения и большей выходной мощностью. Эти устройства могут оказаться более эффективными, чем традиционные транзисторы, и уменьшить потребление энергии и выбросы СО₂.

Транзисторы имеют сложную структуру, некоторые элементы которой измеряются несколькими нанометрами: они строятся из полупроводниковых материалов, осаждаемых на подложке, такой как карбид кремния. Коломбо Болоньези (Colombo Bolognesi), профессор электроники миллиметровых волн из ЕТН, и его исследовательская группа специализируется на разработке высокопроизводительных транзисторов, предназначенных для передачи данных наиболее быстрым и эффективным способом. Для того чтобы достичь этого, электроны должны двигаться как можно быстрее. Как раз в прошлом году группа Болоньези улучшила свой собственный рекорд для так называемых транзисторов с высокой электронной подвижностью (High Electron Mobility Transistors – HEMTs), базированных на материалах из нитрида алюминия галлия, осажденных на кремниевую подложку. Перед этим сравнимые технологии показывали предельную частоту 28 ГГц, но устройства, построенные группой, показали предельную частоту 108 ГГц.

Сейчас группа исследует новый материал: вместо нитрида алюминия галлия выбрана комбинация, содержащая нитрид алюминия индия (AlInN/GaN). Его преимущество заключается в том, что он имеет значительно большую запрещенную зону, чем другие часто используемы полупроводники.

На базе полупроводников с широкой запрещенной зоной могут быть построены транзисторы, работающие при более высоких температурах, уровнях напряжения и получать более мощный выход, чем для полупроводников с более узкой запрещенной зоной, таких как кремний.

Электрод затвора в AlInN/GaN HEMT

Вплоть до недавнего времени транзисторы на AlInN/GaN были более медленными, чем на AlGaN/GaN. Теперь исследователи решили эту проблему. Они достигли предельной частоты 102 ГГц, а затем и 144 ГГц.

Одним из возможных коммерческих применений подобных транзисторов могут быть усилители мощности, используемые в антеннах беспроводных передатчиков. По мнению Болоньези, эффективность беспроводных передатчиков может повыситься на 15—20%% уже сегодня и до 60 % в будущем.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365