tranzistor_bez_poluprovodnikov

Нанотрубка из нитрида бора с нанесенными на нее квантовыми точками

В течении последних десятилетий электронные устройства становятся все меньше и меньше. Сейчас возможно — а скорее уже даже привычно — разместить миллионы транзисторов на одном кремниевом чипе.

Но бесконечно процесс уменьшения полупроводников идти не может.

Йок Ким Яп (Yoke Khin Yap), профессор физики Мичиганского Технологического Университета:

При текущем темпе развития технологий через 10-20 лет мы упремся в порог, меньше которого сделать транзистор не представляется возможным. Кроме того, полупроводники имеют еще один недостаток — они отнимают много энергии в форме тепла.

Для решения этих фундаментальных вопросов ученые экспериментируют с различными материалами и конструкциями, но почти всегда — на основе полупроводников, таких как кремний. Еще в 2007 году Яп хотел попробовать что-то другое, что сможет открыть дверь в Новый Век Электроники.

Профессор Яп:

Идея была в том, чтобы создать транзистор с использованием наноразмерных диэлектриков с металлом по краям. В принципе, чтобы получить такое устройство можно было изготовить кусок пластика с распыленной на нем горстью металлического порошка. Естественно, если все сделать правильно. Но мы старались работать с нановеличинами, поэтому мы выбрали в качестве основания для диэлектрика нанотрубки на основе нитрида бора (boron nitride nanotubes — BNNTs).

Яп и его команда придумали, как сделать основание из BNNTs, которое было бы диэлектриком, то есть иметь высокое сопротивление электрическому току. На этом основании они с помощью лазеров разместили квантовые точки (quantum dots — QDs) из золота, размером около 3 нанометров.  Сочетание BNNTs-QDs идеально — квантовые точки малы и их легко можно разместить на нанотрубках, а благодаря структуре последних размер и форма точек всегда одинаковы. Сейчас вы поймете — для чего это нужно.

Команда Япа в сотрудничестве с учеными из  Окриджской Национальной Лаборатории (ORNL, США) «стреляли»  по электродам на обоих концах пластины BNNTs-QDs при комнатной температуре. И произошло кое-что интересное. Электрон с невероятной точностью перескочил с одной золотой точки на другую! Это явление известно как квантовое туннелирование.

Профессор Яп:

Представьте себе, что нанотрубки — это реки, с электродами на каждом берегу. А теперь представьте небольшой брод из нескольких камней, чьи вершины торчат над водой — это наши «золотые острова». Электроны прыгали между этими камнями. При этом камни настолько малы, что на каждом из них может находится только один электрон. Каждый электрон проходит тем же путем, что и предыдущий, благодаря чему достигается стабильность устройства.

Япу и его команде удалось сделать транзистор без полупроводников. Когда на него подается достаточное напряжение, то он становится проводником, когда напряжение падает или вообще перестает подаваться — он возвращается в естественное состояние диэлектрика.

Что немаловажно — нет никакой «утечки» — ни один электрон не попадает на нанотрубку из нитрида бора, таким образом та всегда остается холодной. А вот кремний в современных транзисторах как раз является объектом утечки — что приводит к потере энергии в электронных устройствах и выделению тепла.

Другие ученые так же проводили исследования в области транзисторов с использованием эффекта квантового туннелирования. По словам Джона Джазчака (John Jaszczak), который разработал теоретические основы для экспериментальных исследований Япа:

Стоит заметить, что те туннельные устройства работали в условиях, которые препятствуют обычному использованию, к примеру, мобильного телефона. Они работают только при сверхнизких температурах.

Секрет технологии профессора Япа — субмикроскопических размер устройства — один микрон в длину и около 20 нанометров в ширину.

Джон Джазчак(John Jaszczak):

Золотые острова должны быть порядка нескольких нанометров для работы с электронами при комнатной температуре. Если они слишком большие — то по ним может проскочить сразу несколько электронов. В этом случае действительно — чем меньше, тем лучше. Работа с нанотрубками и квантовыми точками — именно тот масштаб, к которому стремятся электронные устройства.

Дальнейшие исследования профессор Яп направит на уменьшение транзистора. По его словам теоретически они могут быть уменьшены до невероятно малых размеров, тогда расстояние между электродами свелось бы к небольшим долям микрона.

 

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Google Buzz
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники
Комментарии:

Добавить комментарий

Введите свой Email для подписки на новости:

Twitter RSS


Наши официальные информационные партнеры:

Госкорпорация "Ростех"
Ростех

ОАО "Концерн «Созвездие"
ОАО «Концерн «Созвездие»