Ученые из Мичиганского университета создали новый тип транзистора

Через месяц после объявления о создании сегнетоэлектрического полупроводникв наноразмерной толщины, необходимого для современных вычислительных компонентов, команда из Мичиганского университета продемонстрировала реконфигурируемый транзистор, использующий этот материал.«Реализация этого нового типа транзистора открывает возможность для интеграции многофункциональных устройств, таких как реконфигурируемые транзисторы, фильтры и резонаторы, на одной платформе — и все это при работе на очень высокой частоте и высокой мощности», — сказал Зетиан Ми, профессор электротехники и вычислительной техники, руководивший исследованием. «Это меняет правила игры во многих приложениях», — добавил он.На самом базовом уровне транзистор — это своего рода переключатель, пропускающий электрический ток или препятствующий его прохождению. Один из них, продемонстрированный в Мичигане, известен как ферроэлектрический транзистор с высокой подвижностью электронов (FeHEMT) — разновидность HEMT, которая может увеличить сигнал, известный как усиление, а также обеспечивает высокую скорость переключения и низкий уровень шума. Это делает их хорошо подходящими в качестве усилителей для отправки сигналов на вышки сотовой связи и маршрутизаторы Wi-Fi на высоких скоростях.Сегнетоэлектрические полупроводники отличаются от других тем, что они могут поддерживать электрическую поляризацию, как электрическую версию магнетизма. Но в отличие от магнита на холодильник, они могут переключаться между положительным и отрицательным концами. В контексте транзистора эта возможность добавляет гибкости — транзистор может изменить свое поведение.«Мы можем сделать наш ферроэлектрический HEMT реконфигурируемым», — сказал Дин Ван, исследователь в области электротехники и вычислительной техники и первый автор исследования. «Это означает, что он может функционировать как несколько устройств, например, один усилитель работает как несколько усилителей, которыми мы можем динамически управлять. Это позволяет нам уменьшить площадь схемы и снизить стоимость, а также потребление энергии».Областями, представляющими особый интерес для этого устройства, являются реконфигурируемая радиочастотная и микроволновая связь, а также устройства памяти в электронных и вычислительных системах следующего поколения.«Добавив ферроэлектричество в HEMT, мы можем сделать переключение более резким. Это может обеспечить гораздо более низкое энергопотребление в дополнение к высокому коэффициенту усиления, что сделает устройства гораздо более эффективными», — сказал Пинг Ван, научный сотрудник в области электротехники и вычислительной техники, а также соавтор исследования.Сегнетоэлектрический полупроводник изготовлен из нитрида алюминия с добавлением скандия, металла, который иногда используется для укрепления алюминия в спортивных велосипедах и истребителях. Это первый сегнетоэлектрический полупроводник на основе нитрида, что позволяет интегрировать его с полупроводником нового поколения — нитридом галлия. Предлагая скорость, в 100 раз превышающую скорость кремния, а также высокую эффективность и низкую стоимость, полупроводники на основе нитрида галлия являются претендентами на то, чтобы заменить кремний в качестве предпочтительного материала для электронных устройств. «Это ключевой шаг к интеграции нитридных сегнетоэлектриков с основной электроникой», — сказал Ми.Новый транзистор был выращен с использованием молекулярно-лучевой эпитаксии, того же подхода, который использовался для изготовления полупроводниковых кристаллов, которые управляют лазерами в проигрывателях компакт-дисков и DVD.