Наука 23 апреля 2026

Выяснилось, почему электроника деградирует на самом деле

В транзисторах виновник разрушения связей — не накопление повреждений от множества частиц, а единственный электрон. Он занимает ранее скрытое энергетическое состояние, ослабляет связь кремний-водород и выталкивает атом водорода. Процесс зависит от квантовых эффектов, а не от температуры. Если заменить водород на дейтерий, деградация замедляется в 100 раз.

В современных транзисторах важны считаные слои атомов. Постоянный ток нагревает материал и со временем разрушает химические связи. Один из механизмов деградации — инжекция горячих носителей: электроны или дырки накапливают энергию и запускают химические изменения. Точная физика этого процесса оставалась неизвестной.

Группа физиков раскрыла квантовый механизм разрушения. Учёные изучали связь между кремнием и водородом на границе раздела кремний-оксид внутри транзистора. Водород добавляют в материал, чтобы «запечатать» оборванные связи кремния. Если этого не сделать, дефекты меняют работу электроники.

Раньше считалось: разрыв связей — результат ударов множества электронов. Исследование показало обратное. За разрушение ответственен единственный электрон. Он занимает особое скрытое состояние с энергией около 7 эВ, ослабляет связь кремний-водород и выталкивает атом водорода.

При отсоединении водород начинает подчиняться квантово-механическим, а не классическим законам. Он ведёт себя не как частица, а как волновой пакет. Разрыв связи зависит от вероятности того, что этот пакет выйдет за определённое расстояние.

Процесс не зависит от температуры. Если заменить водород на дейтерий (изотоп с лишним нейтроном), деградация замедляется в 100 раз. Учёные создали модель, объясняющую все найденные эффекты. Результаты помогут производителям проектировать более надёжную электронику. Исследование опубликовано в журнале Physical Review B.