Созданы первые транзисторы, не содержащие полупроводниковых материалов
Ученые из Мичиганского
технологического университета, возглавляемые профессором физики Йок Хин
Яп (Yoke Khin Yap), создали электронное устройство, действующее на
основе эффекта квантового туннелирования, которое работает подобно
полевому FET-транзистру. При этом, новый "квантовый" транзистор
полностью работоспособен при обычной комнатной температуре и не содержит
никаких полупроводниковых материалов.
Основой нового транзистора
является нанотрубка из нитрида бора (boron nitride nanotubes, BNNT), в
которую в определенных местах включены квантовые точки (quantum dots),
сделанные из золота. Когда к этому устройству прикладывают напряжение
достаточного потенциала, оно переключается из изолирующего в
токопроводящее состояние. Когда приложенное напряжение снижается ниже
какого-то уровня или отключается совсем, структура транзистора
возвращается к своему исходному, изолирующему состоянию.
Отличительной
особенностью "квантового" транзистора является полное отсутствие
каких-либо токов утечки, стекающих из золотых квантовых точек через
нанотрубки BNNT. Токи в этом устройстве текут только через квантовые
точки благодаря эффекту туннелирования, что делает этот транзистор
близким по характеристикам к идеальному транзистору. Следует заметить,
что токи утечки являются бичом полупроводниковых транзисторов, за счет
них тратится впустую некоторое количество энергии, выделяется лишнее
тепло и снижается надежность работы электронных устройств в целом.
Золотые
квантовые точки, размером около трех нанометров, устанавливаются на
внешней части нанотрубки BNNT с помощью лазера. Высокая точность
позиционирования лазера позволяет добиться равномерного размещения
квантовых точек по всей поверхности нанотрубок и выдержать строго
заданное расстояние между ними. Благодаря участию в данных исследованиях
ученых из Национальной лаборатории Ок-Ридж удалось установить на концах
нанотрубок BNNT токосъемные и токоподводящие электроды специальной
формы.
Когда на подключенные к нанотрубке с золотыми квантовыми
точками электроды было подано электрическое напряжение достаточного
потенциала, произошло следующее - электроны начали проходить через
нанотрубку, "перепрыгивая" за счет квантового туннелирования от одной
золотой точки к другой, т.е. через транзистор потек электрический ток.
Квантовые точки настолько малы, что за один раз в них может уместиться
всего один электрон, а из-за строго выдержанного расстояния между
квантовыми точками электроны всегда движутся по одному и тому же пути.
Такие особенности функционирования "квантового" транзистора делают его
устройством с невероятно стабильными электрическими характеристиками,
слабо зависящими от всевозможных внешних условий.
Еще одним
несомненным преимуществом нового транзистора являются его малые размеры,
один микрон длиной и 20 нанометров шириной. "В теории, размеры каналов
квантового туннелирования могут быль миниатюризированы до крайне малого
размера, когда расстояние между электродами будет составлять лишь малую
часть нанометра" - пишут ученые в официальном заявлении, - "Это именно
те размеры, в которых будет нуждаться электроника через какое-то время".
