Новые нанотранзисторы используют квантовое туннелирование
Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) разработали революционные трехмерные транзисторы, которые могут преодолеть фундаментальные ограничения кремниевых технологий, известные как «тирания Больцмана». Эти новые транзисторы, основанные на квантовом туннелировании и экстремальном квантовом ограничении, обещают значительное повышение энергоэффективности и производительности электронных устройств.
Традиционные кремниевые транзисторы сталкиваются с ограничениями, связанными с минимальным напряжением, необходимым для переключения между состояниями, что препятствует дальнейшему снижению энергопотребления. Однако новая разработка MIT использует материалы, такие как антимонид галлия и арсенид индия, которые позволяют достичь резких наклонов переключения и эффективной работы при низком напряжении.
Ключевым элементом новой технологии является использование вертикальных нанопроволочных транзисторов, которые обеспечивают более сильные туннельные токи и эффективную передачу энергии благодаря квантовому ограничению. Это явление, при котором электроны ограничены чрезвычайно малыми пространствами, изменяет их поведение и повышает способность туннелировать сквозь энергетические барьеры.
Точная инженерия, включая использование гетеропереходов и вертикальных конфигураций, позволила исследователям достичь беспрецедентной производительности. Новые транзисторы демонстрируют ток возбуждения 300 мкА на микрометр и работают при напряжении всего 0,3 вольта, что значительно ниже фундаментального предела кремния.
Несмотря на впечатляющие результаты, перед коммерциализацией этой технологии предстоит решить ряд проблем. Однородность изготовления устройств, интеграция с существующими кремниевыми производственными процессами и дальнейшее снижение энергопотребления остаются ключевыми задачами. Исследователи активно работают над улучшением методов изготовления и изучают альтернативные конструкции, такие как вертикальные реберные структуры, для оптимизации производительности.
Потенциальные применения этих транзисторов выходят за рамки традиционных вычислительных устройств. Они могут революционизировать телекоммуникации, автомобильную электронику и возобновляемые энергетические системы, способствуя глобальным усилиям по снижению выбросов углерода. Технология MIT предлагает не только высокую производительность, но и значительную энергоэффективность, что делает ее перспективной заменой кремния в будущем.
Хотя путь к коммерциализации требует преодоления технических и экономических барьеров, потенциал этой технологии неоспорим. Продолжение исследований и инноваций может привести к созданию новых стандартов эффективности и производительности в электронике, что особенно важно в эпоху растущих вычислительных потребностей, связанных с искусственным интеллектом и Интернетом вещей.