Сжатые транзисторы трудно сделать энергосберегающими

Если кремний сжимается, то это влияет на свободу передвижения электронов в этом материале. Это может способствовать электрическому току или ограничивать его. Сравните это с садовым шлангом. Когда вы стоите на нем, воды вытекает меньше. Но как ни странно, поток электронов в кремнии на самом деле увеличивается, когда материал сжимается.

В современных микрочипах каждый транзистор постоянно находится под воздействием огромных давлений – до 10 тыс. атмосфер. Это давление создается в ходе производственного процесса вследствие окружения транзисторов сдавливающими материалами. Хотя это повышает скорость обработки чипа, ток утечки также увеличивается. Использование пьезоэлектрического материала означает, что транзисторы будут подвергаться давлению, только когда это необходимо. Это может привести к значительной экономии потребления энергии.

Основополагающая концепция была первоначально разработана Реем Хьютингом (Ray Hueting). Для того чтобы превратить это в реальность, Том ван Хемерт (Tom van Hemert) должен был найти способ, как связать теорию механической деформации с квантово-механическими уравнениями, описывающими электрическое поведение транзисторов. Расчеты показывали, что сдавленные транзисторы намного лучше, чем обычные, переключаются из одного состояния в другое. Согласно классическому теоретическому пределу, чтобы увеличить проводимость транзистора в десять раз необходимо увеличить напряжение не менее чем на 60 милливольт. Пьезоэлектрический транзистор использует только 50 милливольт. В результате либо ток утечки может быть уменьшен, либо увеличен ток в открытом состоянии. В любом случае это будет способствовать росту производительности современных микрочипов, и в то же время, что немаловажно, снижать их энергопотребление.

Электрический ток, проходящий через транзистор, проводится тонким слоем кремния. В новом транзисторе он зажат между слоями пьезоэлектрического материала. Когда этот материал (показан красным) расширяется, кремний (показан синим) сжимается

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