Как удаление «лишних деталей»
повышает производительность устройств.
Команда исследователей из Национального института материаловедения (NIMS) в Японии, разработала полевой транзистор (FET) по новой технологии. Её изюминкой стало использование алмаза с высокой подвижностью так называемых дырок – этаких условных аномалий строения атомов с заполненной валентной зоной, – что позволяет снизить потери проводимости и повысить скорость работы устройства.
Тут стоит немного прояснить ситуацию. Можно сказать, что такая дырка представляет собой подобие пустоты там, где по идее в атоме должен бы располагаться электрон, благодаря чему эта пустота словно бы имеет заряд, количественно равный потеряшке-электрону, но противоположный ему по знаку. Дырки могут появляться как вследствие возбуждения электронов и их переходов в результате нагрева, облучения и прочих воздействий, так и в результате направленных химических операций (легирования).
Вообще, тот факт, что алмаз является превосходным полупроводником, известен довольно давно. Основное его преимущество зиждется на ширине энергетического зазора – запрещённой зоны, – которая позволяет рассматривать потенциалы алмаза в сфере создания силовой электроники, энергоэффективных и высокоскоростных устройств связи, способных работать при больших напряжениях, температурах и частотах с малыми потерями энергии.
Однако целым рядом исследований по созданию FET с использованием алмазов, проведённых ранее, выявлено довольно серьёзное препятствие: оказалось, что подвижность дырок новых алмазно-интегрированных транзисторов была мала просто катастрофически. Причина открылась в том, что легирование поверхностным переносом, которое, как всегда считалось, необходимо для создания проводимости, на самом деле ограничивает производительность, поскольку требует ионизированных поверхностных акцепторов, которые могут привести к рассеянию дырок.
Теперь же исследователи NIMS применили новую технологию изготовления. Вместо традиционно используемых оксидов учёные решили на роль изолятора затвора взять гексагональный нитрид бора (h-BN). Как результат – подвижность дырок в этом полевом транзисторе пятикратно превысила показатели полевых транзисторов с оксидными изоляторами затвора.
Непредвиденные результаты научных трудов можно назвать новой вехой в разработке эффективных алмазных транзисторов для высокопроизводительной силовой электроники и устройств связи. Однако команда считает, что можно найти способы ещё улучшить физические свойства алмазного полевого транзистора, и надеется сделать его более подходящим для практического использования.
Новые полевые транзисторы способны работать с низким электрическим сопротивлением, уменьшая потери проводимости, а значит наши гаджеты сумеют дольше держать заряд, чуть быстрее работать или стать чуть меньше… FET могут также использоваться для разработки более высокоскоростных и миниатюрных электронных устройств, необходимых для медицины. Кроме того, сюда можно приписать ещё один немаловажный плюс: устройства на таких элементах будут более безопасными.
По материалам АРМК.
