Исследователи разработали концепцию нового кулоновского транзистора
Исследовательская группа из Гамбургского университета изобрела способ получения кулоновского транзистора (одноэлектронный транзистор). Транзистор недорогой и имеет различные приложения.
Проблема с уменьшающимися транзисторами
Наши современные транзисторы обычно изготавливаются из полупроводниковых материалов, большинство из которых состоят из кремния. Поскольку полупроводниковая промышленность в настоящее время приближается к масштабам нанометрового узла, становится сложнее изготовить такие транзисторы без конструктивных осложнений.
Наши текущие полевые транзисторы приближаются к материальным ограничениям, поскольку масштабируемость кремния и подобных материалов приводит к квантовым эффектам, которые могут вызывать несогласованность в нанометровых масштабах. Эти вопросы привели к исследованиям, инвестированным в альтернативные материалы, такие как графен и широкополосные промежуточные полупроводники.
Современные методы изготовления транзисторов уже достигли нанометровой шкалы. Существуют различные способы создания наноструктур 5 нм или менее с использованием методов высокоточной обработки; однако, когда мы достигаем этих масштабов, возникают осложнения с интерференцией транзисторов и производственными затратами.
Основное внимание уделялось сокращению размеров транзисторов, поскольку мы находим новые приложения в наших электронных и компьютерных технологиях. Однако, как только транзистор опускается ниже микрометра, возникают осложнения, так как вероятность туннелирующих эффектов, вызывающих электронный поток между соседними транзисторами, возрастает. В наших современных подходах к разработке структуры наночастиц не построены индивидуально, а вместо этого являются сложными системами с ненадежными компонентами. Эти компоненты также адаптированы к конкретным технологиям, что приводит к низкой совместимости между устройствами и затрудняет их интеграцию из-за стоимости производства различных вариантов.
Кулоновские транзисторы через органические материалы
Исследовательская группа из Гамбургского университета теперь нашла способ производства недорогих и потенциально пригодных для промышленности кулоновских транзисторов. Группа, возглавляемая доктором Кристианом Клинком, использовала метод, известный как метод Ленгмюра-Блоджетт, для производства самоорганизующихся металлических наночастиц.
Метод Ленгмюра-Блоджетт используется для нанесения монослоев органических материалов путем погружения твердого вещества в жидкость и последующего нанесения жидкости на тонкий слой гидрофобной пленки. Однажды на гидрофобной пленке жидкость будет располагаться как можно дальше от нее, но никогда не покидать поверхность или не позволить испарителю раствориться. Затем, используя регулируемые барьеры, поверхность была сдвинута и находилась под давлением в течение двух часов. Этот метод оставляет плотно упакованный монослой без перекрытия или отверстий, которые могут быть извлечены из подложки.
Затем полученный монослой затем может быть перенесен на устройства.
Одноэлектронный транзистор. Изображение пользователя Fbianco
Кулоновский транзистор состоит из дренажных и источников электродов, к которым примыкают туннельные соединения и низкоэмиссионный электрод между ними. Низкотемпературный электрод известен как остров, который изменяет электрический потенциал при изменении напряжения на затворном конденсаторе. Если к воротам приложено достаточно положительного напряжения, то электрический потенциал острова уменьшается, позволяя электрону туннелировать через остров и в канализацию
Поскольку монослои наносятся отдельно в каждую область, процесс обеспечивает универсальность в конструкции транзисторов, поскольку процесс может быть настроен на создание транзисторов разного масштаба и материала. Благодаря этой универсальности свойства устройства, такие как пороговое напряжение, кулоновский зазор и колебания, могут быть настроены для удовлетворения потребностей различных электрических цепей.
Недавно изготовленные транзисторы имели коэффициент включения / выключения более 90% и имели стабильные кулоновские колебания в дополнение к их более низкому потреблению энергии и потенциальной масштабируемости.
«Прикладывая напряжение, мы можем сдвинуть энергию этого промежутка, а это значит, что ток в устройствах можно включать и выключать по желанию», - сказал д-р Клинк. «Транспортный механизм в этих устройствах основан на перколяционном туннелировании и прыжке электронов, управляемых кулоновской блокаде вместо классического переноса полосы, как и в кремнии.
В настоящее время команда работает над разработкой еще более мелкого транзистора наночастиц, а также занимается исследованием применения химических датчиков.
Оригинальную статью можно найти в журнале Science Advances.