| 0 |
|
Инженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего изготовили первое свободное от полупроводников оптически управляемое микроэлектронное устройство. С помощью метаматериалов инженеры смогли построить микроэлектронное устройство, которое показывает увеличение проводимости на 1000 процентов при активации низким напряжением и лазером малой мощности.
Открытие прокладывает путь для микроэлектронных устройств, которые быстрее и способны оперировать большими энергиями, что также может привести к более эффективным солнечным батареям. Работа была опубликована в Nature Communications.
Возможности существующих микроэлектронных устройств, таких как транзисторы, в конечном счете, ограничены свойствами составляющих их материалов, например полупроводников, говорят исследователи.
Полупроводники могут накладывать ограничения на проводимость устройства, или потока электронов. Полупроводники имеют то, что называется запрещенной зоной, то есть они требуют импульс внешней энергии, чтобы заставить электроны течь через них. И скорость электронов ограничена, так как электроны постоянно сталкиваются с атомами, когда они протекают через полупроводник.
Команда исследователей из Группы прикладного электромагнетизма во главе с профессором электротехники Дэном Сивенпайпером (Dan Sievenpiper) из Калифорнийского университета в Сан-Диего стремилась устранить эти препятствия для проводимости посредством замены полупроводников свободными электронами в пространстве. «И мы хотели сделать это на микроуровне», - сказал Ибрагим Форати (Ebrahim Forati), бывший постдокторант в лаборатории Сивенпайпера и первый автор статьи.
Однако освободить электроны из материалов является сложной задачей. Она требует применения высоких напряжений (по крайней мере, 100 В), лазеров высокой мощности или экстремально высоких температур (более 500 градусов по Цельсию), которые не являются практичными в микро- и наноразмерных электронных устройствах.
Для решения этой проблемы команда Сивенпайпера изготовила микрометровое устройство, которое может освободить электроны из материала без таких экстремальных требований. Устройство состоит из сконструированной поверхности, которая называется метаповерхность, поверх кремниевой пластины со слоем диоксида кремния между ними. Метаповерхность состоит из массива золотых грибовидных наноструктур, расположенных на массиве параллельных золотых полосок.
Золотая метаповерхность сконструирована таким образом, что когда низкое напряжение постоянного тока (до 10 В) и инфракрасный лазер малой мощности применяются вместе, на метаповерхности создаются "горячие точки" - пятна с электрическим полем высокой интенсивности, которые обеспечивают энергию, достаточную чтобы освободить электроны из металла в пространство. Испытания устройства показали изменение в проводимости на 1000 %.
«Это, конечно, не заменит все полупроводниковые приборы, но это может быть лучшим подходом для некоторых специальных применений, например, для очень высоких частот или мощных силовых устройств», - сказал проф. Сивенпайпер.
По словам исследователей, эта метаповерхность была разработана в качестве доказательства правильности концепции. Для различных типов микроэлектронных устройств должны быть спроектированы и оптимизированы различные метаповерхности.
«Теперь мы должны понять, насколько эти устройства можно масштабировать и каковы пределы их производительности», - сказал проф. Сивенпайпер. Команда также изучает другие приложения для этой технологии, помимо электроники, такие как фотохимия и фотокатализ, позволяющие разрабатывать новые виды фотогальванических устройств или экологических применений.
Это изображения сканирующего электронного микроскопа свободного от полупроводников микроэлектронного устройства (вверху слева) и золотой метаповерхности (вверху справа, внизу)
Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365
| 0 |
|
