Китайським вченим з допомогою ефекту квантового тунелювання вдалося збільшити швидкість роботи польових транзисторів
Дослідники з Фуданьского університету в Шанхаї (Fudan University), Китай, виявили спосіб істотного прискорення роботи традиційних польових транзисторів, які сьогодні є основою практично всіх комп'ютерних чіпів, від процесорів до пам'яті. Робота, опублікована в журналі Science, описує структуру нового тунельного польового транзистора (Tunneling Field-Effect Transistor, TFET), на перемикання якого, у порівнянні з звичайними транзисторами, потрібна значно менша кількість енергії, що, у свою чергу, дозволяє працювати цього транзистору на більш високих частотах.
У більшості сучасних комп'ютерних чіпів використовуються MOSFET-транзистори (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors), керовані з допомогою потенціалу на плаваючому затворі (Floating-Gate, FG). І, як добре відомо, технології виготовлення таких транзисторів починають наближатися до фізичних обмежень, які не дозволяють зменшувати їх і без того маленькі розміри, збільшуючи частоту їх роботи. З цієї причини дослідники займаються пошуками інших способів збільшення швидкодії транзисторів, і китайським ученим, безумовно, вдалося зробити це, використовуючи ефект квантового тунелювання, який дозволяє електронам "перестрибнути" через тонкий шар матеріалу.
Тунельні TFET-транзистори вже відомі вченим і інженерам деякий час і раніше навіть були виготовлені дослідні зразки таких транзисторів на основі графена, демонструють неймовірні швидкісні характеристики. Але китайським вченим вдалося реалізувати щось інше, в основі їх TFET-транзистора лежить структура звичайного польового транзистора, в якій присутній додатковий керуючий електрод. Цей додатковий затвор, пов'язаний зі структурою каналу транзистора, за рахунок ефекту квантового тунелювання дозволяє здійснити більш швидкий перенесення електричного заряду на традиційний плаваючий затвор. Така унікальна особливість дозволяє керувати станом транзистора, витрачаючи на це лише малу частину енергії, яка потрібна для наповнення ємності і нарощування потенціалу плаваючого затвора звичайного транзистора.
Випробування дослідних зразків нових TFET-транзисторів показали, що швидкість їх роботи істотно збільшилася в порівнянні з звичайними польовими транзисторами, час, потрібний на перемикання стану такого транзистора, знаходиться в районі максимум однієї наносекунди. Крім цього, такі транзистори можуть забезпечити стійку роботу в досить широкому діапазоні робочого напруги, починаючи від напруги, менше 2 Вольт, і закінчуючи граничним напругою 3.1 Вольта. На жаль, через неточності виготовлення перших дослідних зразків таких транзисторів їх характеристики значно відрізнялися, вчені збираються виправити це найближчим часом, виготовивши інший набір досвідчених зразків TFET-транзисторів на звичайному промисловому обладнанні, що дозволяє створити практично ідентичні напівпровідникові структури і прилади.
Так як базою нового TFET-транзистора є структура традиційного MOSFET-транзистори, то для виробництва чіпів з новими транзисторами не потрібно використання нових матеріалів, ні навіть перенастроювання наявного виробничого устаткування. Після проведення додаткових тестів і досліджень ця технологія може почати впроваджуватися в електронній промисловості практично негайно, що зможе послужити основою прискорення роботи майбутніх комп'ютерів і появи портативних електронних пристроїв, що вимагають для своєї роботи зовсім небагато енергії.