Новий транзистор «може змінити світ електроніки» завдяки наносекундній швидкості перемикання

Новий матеріал може витримати «мільярди» електричних циклів, не зношуючись — і вчені кажуть, що він може змінити електроніку протягом 10-20 років. Дослідники розробили новий тип транзистора, який, за їх словами, може «змінити світ електроніки» протягом наступних двох десятиліть.

Новий транзистор побудований з використанням ультратонкого матеріалу, створеного з нагромаджених паралельних шарів нітриду бору, який, як стверджують дослідники, може перемикатися між позитивними та негативними зарядами за наносекунди та витримувати понад 100 мільярдів циклів без зношування.

Це робить його ідеальним не лише для високошвидкісних, енергоефективних електронних пристроїв, а й для більш щільного зберігання пам’яті. Оскільки нітрид бору такий тонкий — і тому, що напруга, необхідна для перемикання масштабів поляризації з товщиною, транзистори, виготовлені з цього матеріалу, потребуватимуть надзвичайно низької потужності.

У своїй заяві дослідники заявили, що властивості матеріалу «вже відповідають галузевим стандартам або перевищують їх» у порівнянні з існуючими транзисторними матеріалами. Вони опублікували свої висновки 6 червня в журналі Science.

«У моїй лабораторії ми в основному займаємося фундаментальною фізикою. Це один із перших і, мабуть, найдраматичніших прикладів того, як фундаментальна наука призвела до чогось, що могло б мати великий вплив на застосування», — співавтор дослідження Пабло Джарілло-Ерреро, професор фізики Массачусетського технологічного інституту, йдеться в заяві.

Завдяки своїм сегнетоелектричним властивостям нітрид бору може змінювати позитивний і негативний заряди за мільярдні частки секунди. Це термін, який використовується для опису матеріалів, які мають спонтанну електричну поляризацію (розділення позитивних і негативних зарядів), яку можна змінити шляхом застосування електричного поля. У новому матеріалі ця поляризація відбувається завдяки унікальному ковзанню шарів матеріалу, яке відбувається під час дії на нього електричного струму. Коли шари нітриду бору ковзають один повз одного, положення атомів бору та азоту змінюються, що призводить до зміни зарядів.

Дослідники порівняли цей процес із «стисканням рук одна до одної, а потім злегка переміщенням однієї над іншою». Це змінює електронні властивості матеріалу, не зношуючи його — на відміну від флеш-пам’яті, виготовленої зі звичайних матеріалів.

«Кожного разу, коли ви записуєте та стираєте флеш-пам’ять, ви отримуєте деяке погіршення. З часом вона зношується, а це означає, що вам доведеться використовувати деякі дуже складні методи для розподілу, де ви читаєте та записуєте на чіпі», — сказав Реймонд.

Ашорі додав: «Якщо я думаю про всю мою кар’єру у фізиці, це робота, яка, на мою думку, через 10-20 років може змінити світ».

Незважаючи на всі його обіцянки, дослідники визнали, що зіткнулися з проблемами під час запуску нових сегнетоелектриків у виробництво, що, як вони відзначили, було «важким і не сприяло масовому виробництву». Зараз дослідники працюють з іншими промисловими групами, щоб вирішити цю проблему.

«Якби люди могли вирощувати ці матеріали в масштабі пластин, ми могли б створити багато, набагато більше», — сказав співавтор дослідження Кендзі Ясуда, доцент кафедри прикладної та інженерної фізики Корнельського університету. «Є кілька проблем. Але якщо ви їх розв’яжете, цей матеріал багатьма способами впишеться в потенційну електроніку майбутнього. Це дуже захоплююче», — додав Ашуорі.