Исследователи разработали новый тип транзистора, который, по их словам, в течение следующих двух десятилетий может «изменить мир электроники».
Новый транзистор создан с использованием ультратонкого материала из слоёв нитрида бора, расположенных параллельно. Исследователи утверждают, что он способен переключаться между положительными и отрицательными зарядами за наносекунды и выдерживать более 100 миллиардов циклов без износа.
Это делает его идеальным не только для высокоскоростных, энергоэффективных электронных устройств, но и для более плотного хранения данных. Поскольку нитрид бора настолько тонкий, а напряжение, необходимое для переключения поляризации, зависит от толщины, транзисторы, изготовленные из этого материала, будут иметь исключительно низкое энергопотребление.
В заявлении исследователи отметили, что свойства материала «уже соответствуют или превосходят отраслевые стандарты» по сравнению с существующими материалами для транзисторов. Свои выводы они опубликовали 6 июня в журнале Science.
«В моей лаборатории мы в основном занимаемся фундаментальной физикой. Это один из первых и, возможно, самый яркий пример того, как очень базовая наука привела к чему-то, что может иметь огромное влияние на практическое применение», — сказал в заявлении соавтор исследования Пабло Харильо-Херреро (Pablo Jarillo-Herrero), профессор физики из MIT (Массачусетский технологический институт).
Благодаря своим ферроэлектрическим свойствам нитрид бора способен переключаться между положительными и отрицательными зарядами за миллиардные доли секунды. Этот термин описывает материалы, которые имеют спонтанную электрическую поляризацию (разделение положительных и отрицательных зарядов), которую можно изменить, приложив электрическое поле. В новом материале эта поляризация происходит за счёт уникального скользящего действия слоёв материала, происходящего при воздействии электрического тока. Когда слои нитрида бора скользят друг относительно друга, позиции атомов бора и азота изменяются, вызывая переключение зарядов.
Исследователи сравнили этот процесс с «сжатием рук вместе, а затем лёгким сдвигом одной руки над другой». Это изменяет электронные свойства материала без его износа — в отличие от флеш-памяти, изготовленной из обычных материалов.
«Каждый раз, когда вы записываете и стираете данные на флеш-памяти, происходит некоторая деградация. Со временем она изнашивается, что означает необходимость использования очень сложных методов для распределения мест чтения и записи на чипе», — сказал в заявлении Рэймонд Ашури (Raymond Ashoori), соавтор исследования и профессор физики в MIT.
Ашури добавил:
«Когда я думаю обо всей своей карьере в физике, я думаю, что именно эта работа через 10–20 лет может изменить мир.»
Несмотря на все обещания, исследователи признали, что сталкиваются с трудностями в введении новых ферроэлектриков в производство, что, по их словам, «сложно и не способствует массовому производству». Сейчас исследователи работают с другими отраслевыми группами, чтобы решить эту проблему.
«Если бы люди могли выращивать эти материалы в масштабе пластин, мы могли бы создавать гораздо больше», — сказал соавтор исследования Кенджи Ясуда (Kenji Yasuda), доцент прикладной и инженерной физики в Корнельском университете.
«Существует несколько проблем. Но если их решить, этот материал впишется во многие области будущей электроники. Это очень захватывающе», — добавил Ашури.
