В России изобрели транзисторы с рекордно низким энергопотреблением

Разработанная конструкция транзистора уникальна тем, что для нее не требуется химического покрытия графена другими веществами. Это заметно снижает стоимость производства электроники на основе разработки, пишет РИА Новости.

Такому транзистору потребуется гораздо меньше энергии для переключения, менее энегрозатратны будут и микросхемы. К тому же, тепла транзистор будет выделять меньше аналогов, а потому потребуются менее мощные системы охлаждения, и тактовую частоту можно повысить без опасения, что избыточное тепло разрушит микросхему.

В 2004 году графен был открыт российско-британскими физиками Андреем Геймом и Константином Новоселовым. С тех пор ученые пытаются приспособить его для создания электроники. Однако высокие токи утечки, сложности в работе с графеном и проблемы при нанесении подложки-изолятора по прежнему остаются главными барьерами для создания транзисторов, используемых в массовом производстве.

Ведущий автор исследования из Московского Физтеха в Долгопрудном Дмитрий Свинцов считает, что дело не столько в том, чтобы сэкономить электричество: «Электроэнергии у нас хватает. При меньшем энергопотреблении электронные компоненты меньше нагреваются, а значит, могут работать с более высокой тактовой частотой — не один гигагерц, а, например, 10 или даже 100».

Свинцов и его коллеги из Физико-технологического института РАН и японского университета Тохоку используют в разработках туннельный эффект — способность электронов просачиваться через энергетические барьеры благодаря квантовым эффектам. Как правило, для создания такого тока необходимы или экзотические сплавы, или вакуум внутри транзисторов, что сильно ограничивает применимость подобных устройств на практике.

Ученые выяснили, что такой эффект можно создать в листе из графена, который состоит не из одного, а двух слоев углерода. В нем можно воспроизвести такие условия, при которых плотность электронов в определенных зонах будет стремиться к бесконечности, что заставит их «просачиваться» через потенциальный барьер даже при приложении относительно слабого напряжения.

Такой транзистор будет работать при напряжении в 150 милливольт, что в несколько десятков раз меньше рабочего напряжения для обычных кремниевых транзисторов. Даже при небольшом напряжении токи утечки будут минимальными — сила тока на выходе в «закрытом» и «открытом» состоянии будет различаться в 35 тысяч раз. Это в разы больше, чем удавалось добиться Гейму и Новоселову и другим физикам, которые пытались создать графеновые транзисторы.

Ученые надеются, что их разработки помогут ускорить создание первых экспериментальных и промышленных графеновых устройств на основе таких транзисторов.