W urządzeniach elektronicznych tranzystory krzemowe często działają jako przełączniki. Przyłożenie napięcia do tranzystora powoduje, że elektrony przemieszczają się przez barierę energetyczną z jednej strony na drugą, przełączając tranzystor z trybu „wyłączony” na „włączony”. Przełączając się, tranzystory reprezentują cyfry binarne do wykonywania obliczeń. Ze względu na to, jak elektrony poruszają się przez barierę energetyczną, wymagane jestokreślone minimalne napięcie, aby przełączyć tranzystor w temperaturze pokojowej.
Wyrwani spod tyranii Boltzmana
Ograniczenia fizyczne krzemu narzucają minimalne napięcie przełączania (tyrania Boltzmanna). Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT), używając antymonku galu i arsenku indu, wykorzystali tunelowanie kwantowe by ominąć te ograniczenia. Aby przezwyciężyć fizyczne ograniczenie krzemu, naukowcy z MIT wykorzystali inny zestaw materiałów półprzewodnikowych – antymonek galu i arsenek indu – i zaprojektowali swoje urządzenia tak, aby wykorzystać unikalne zjawisko w mechanice kwantowej zwane tunelowaniem kwantowym. Tunelowanie kwantowe to zdolność elektronów do przenikania przez bariery. Naukowcy wyprodukowali tranzystory tunelowe, które wykorzystują tę właściwość, aby zachęcić elektrony do przepychania się przez barierę energetyczną, a nie do jej przekraczania. Choć tranzystory tunelowe umożliwiają ostre zbocza przełączania, zwykle działają przy niskim natężeniu prądu, co utrudnia działanie urządzenia elektronicznego. Wyższy prąd jest niezbędny do stworzenia potężnych przełączników tranzystorowych do wymagających zastosowań.
Nanoprodukcja
Korzystając z narzędzi w MIT.nano, najnowocześniejszym ośrodku badawczym MIT do badań w nanoskali, inżynierowie byli w stanie dokładnie kontrolować geometrię 3D swoich tranzystorów, tworząc pionowe heterostruktury nanodrutowe o średnicy zaledwie 6 nanometrów. Uważają oni, że są to najmniejsze tranzystory 3D zgłoszone do tej pory. Naukowcy dążą teraz do ulepszenia swoich metod wytwarzania, aby tranzystory były bardziej jednolite w całym chipie. Przy tak małych urządzeniach nawet 1-nanometrowa wariancja może zmienić zachowanie elektronów i wpłynąć na działanie urządzenia. Naukowcy badają również pionowe struktury w kształcie żeber, a także pionowe tranzystory nanoprzewodowe, które mogą potencjalnie poprawić jednorodność urządzeń na chipie. Badania te są częściowo finansowane przez firmę Intel Corporation.
Treść oryginalnego artykułu na ten temat dostępna pod adresem: LINK
Więcej informacji o rozwoju mikro- i nanoelektroniki oraz jej zastosowaniach można znaleźć w Nawigatorze technologicznym:
