Беркли создает транзистор с затвором 1 нм, самый маленький из всех

Али Хави и его команда из Национальной лаборатории Министерства энергетики им. Лоуренса Беркли (лаборатория Беркли) создали транзистор с рабочим затвором в 1 нанометр, что делает его самым маленьким из когда-либо созданных транзисторов, сравнимым с 50 000 из ширина пряди волос.

Javey, который является основным исследователем программы Беркли Лаборатория материаловедения в материаловедении, сказал:

«Длина затвора считается определяющим размером транзистора. Мы продемонстрировали транзистор с затвором 1 нанометра, который показывает, что при выборе правильных материалов гораздо больше возможностей для уменьшения нашей электроники ».

Смазочный материал, или дисульфид молибдена (MoS2), был объединен с углеродными нанотрубками для создания этого транзистора, который измеряет только 1/20 ширины высококачественных транзисторов, доступных на рынке.

[Image Source: Berkeley Labs/Sujay Desai]

Это открытие тем более впечатляюще, что теоретически считалось, что транзисторы не могут работать ниже ширины 5 нанометров, так как это приведет к образованию квантового туннеля.

Что такое квантовый туннель?

Как мы все знаем, электроны обычно путешествуют как «электронное облако», и область облака показывает, где электрон находится с наибольшей вероятностью. Однако транзисторы используют электрон, который выпрыгивает из облака и находится в случайном месте при туннелировании из одной точки в другую. Этот электрон усиливается электрическим сигналом, который помогает внешним электронам выйти на более высокую орбиту. Этот скачок осуществляется через коллектор, который создает необходимый электрический импульс, или 1 в двоичном виде.

Как работают транзисторы [Image Source: Explain That Stuff]

Теоретически, кремниевый транзистор шириной менее 5 нм может вызвать неконтролируемую утечку тока из-за близости коллектора и эмиттера. Электроны в кремниевом транзисторе постоянно совершают квантовый скачок, даже без наведенного электрического тока, вызывающего ложные сигналы и неисправные двоичные коды.

Задачи сделать маленький транзистор

Но ученые противостояли этой проблеме, используя совершенно другой переходный металл. Они использовали углерод, который до сих пор было очень трудно создать с достаточным количеством недостатков, чтобы стать надежным транзистором.

Самый маленький транзистор в мире
[Image Source: Berkeley Labs/Sujay Desai]

Суджай Десаи, аспирант в лаборатории Джейви и руководитель исследования, прокомментировал это достижение:

«Полупроводниковая индустрия давно предполагала, что любые затворы ниже 5 нанометров не будут работать, поэтому ничего ниже этого даже не рассматривалось. Это исследование показывает, что двери менее 5 нанометров не следует сбрасывать со счетов. Индустрия выжимает из кремния все до последней черты. Изменяя кремниевый материал на MoS2, мы можем сделать транзистор с затвором длиной всего 1 нанометр и использовать его в качестве переключателя ».

Удивительно, но новый транзистор отлично работает, предоставляя альтернативу традиционным кремниевым транзисторам.

Хейви, который также является профессором электротехники и компьютерных наук в Калифорнийском университете в Беркли, прокомментировал:

«Эта работа продемонстрировала самый короткий транзистор за все время. Тем не менее, это доказательство концепции. Мы еще не упаковали эти транзисторы в чип, и мы не делали это миллиарды раз. Мы также не разработали самоустанавливающиеся производственные схемы для снижения сопротивления паразитам в устройстве. Но эта работа важна, чтобы продемонстрировать, что мы больше не ограничены 5-нанометровым затвором для наших транзисторов. Закон Мура может продолжаться еще некоторое время благодаря надлежащему проектированию полупроводниковых материалов и архитектуры устройств ».

Технология в настоящее время недоступна для коммерческого использования, но даже возможность использования такого маленького транзистора предвещает начало еще более компактной и быстрой электроники в будущем.