Без грам силиций: Японски учени показаха транзистора на бъдещето

Учени от Института за индустриални науки към Токийския университет представиха прототип на транзистор от ново поколение, създаден без използването на силиций. Вместо обичайния материал те са използвали индиев оксид, легиран с галий и са го превърнали в кристална структура, която може ефективно да провежда електрони.

От десетилетия силициевите транзистори са в основата на цифровата революция – от смартфоните до самолетите. И тъй като технологията става все по-миниатюрна, ясно е, че силицият все повече се превръща в излишен компонент. Изследователи от цял свят търсят алтернативи, които могат да позволят по-нататъшен напредък в микроелектрониката.

Японският екип е отишъл още по-далеч: той не само е изоставил силиция, но и е преработил самия транзистор.

Вместо стандартното разположение на контролния гейт, специалистите са предложили „обграждаща“ версия, при която гейтът напълно покрива канала, през който преминава ток. Това подобрява възможността за управление и потенциално намалява размера на устройството още повече.

Работата с индиев оксид обаче не е най-лесната задача: той е склонен към кислородни дефекти, които влошават стабилността и надеждността на транзистора. Добавянето на галий помага да се премахнат тези дефекти, но изисква висока прецизност. Екипът използва метода на отлагане на атомни слоеве, като отлага материала на етапи, слой по слой. След това слоят е нагрят, за да се образува кристална решетка, която подпомага движението на електроните.

Резултатът е тънкослоен полеви транзистор (gate-all-around MOSFET) с подвижност на електроните 44,5 cm²/V-s – много висока за такива структури. Освен това устройството е стабилно при натоварване в продължение на почти три часа, което показва обещаваща надеждност.

Авторите смятат, че тяхната разработка може да намери приложение в областта на изкуствения интелект и обработката на големи обеми от данни, където високата плътност на компонентите е особено важна. Разработването на алтернативи на силиция се извършва успоредно с разработването на фотонни чипове и невроморфни процесори, които също обещават да направят революция в областта на изчислителната техника.

Работата показва, че следващият етап на миниатюризация на електрониката е възможен – и той може да се окаже отвъд силициевата ера. Такива нови материали проправят пътя към по-ефективни и компактни устройства, които могат да отговорят на нарастващите изисквания на съвременните технологии.

Изследването беше представено на тазгодишния симпозиум по технологии и схеми VLSI.