Японские физики научились создавать относительно дешевые и простые алмазные транзисторы, чье промышленное производство поможет ускорить работу обычных компьютеров в десятки раз и сделает их неуязвимыми для радиации, говорится в статье, опубликованной в журнале Applied Physics Letters.
"Наша конечная цель – создание микросхем, состоящих из алмазных транзисторов. Мы надеемся, что наши наработки позволят создать экономичные вычислительные устройства, способные работать при сверхвысоких температурах и при облучении радиацией", — заявил Ясуо Коиде (Yasuo Koide) из Национального института изучения материалов в Цукубе (Япония).
Транзисторы представляют собой устройства, избирательно пропускающие электрический ток. Управляемая проводимость этих приборов зависит от типа их конструкции и свойств полупроводника. Как правило, при уменьшении размеров устройства сила побочных эффектов возрастает, что побуждает ученых и инженеров точнее размещать компоненты транзисторов и разрабатывать новые методы защиты от токов утечки и других помех.
Эти утечки накладывают фундаментальный предел на размеры транзисторов – как сегодня считают физики, кремниевые транзисторы, чей затвор будет меньше, чем в 5 нанометров, принципиально невозможно создать. По этой причине ученые сегодня пытаются приспособить другие материалы, такие как пленки из сульфида молибдена, графена или углеродных трубок.
Коиде и его коллеги предлагают заменить кремний не на графен, а на его природного "собрата" – природные или синтетические алмазы. Эта форма углерода, как отмечают ученые, проводит тепло в несколько раз лучше, чем медь и другие металлы, и обладает полупроводниковыми свойствами, если внутри алмаза содержатся включения из атомов некоторых других элементов, таких как водород, бор или азот.
Сложности в "точечном" добавлении этих включений, как рассказывают японские физики, мешали использованию алмазов в микроэлектронике, так как разные регионы транзисторов на их базе должны иметь разные электрические свойства. Команда Коиде решила эту проблему, научившись выращивать пленки из оксида иттрия – соединения, обладающего сильными изолирующими свойствами – прямо на поверхности алмаза.
Эта изоляция, как объясняют ученые, необходима для работы затвора транзистора – ключевой его части, управляющей тем, может ли проходить через него ток или нет. Когда на затвор подается ток, он создает электрическое поле внутри транзистора, мешающее или помогающее электронам "перепрыгивать" из входа транзистора на его выход.
Чем тоньше изоляция, отделяющая затвор от остальной части транзистора, тем "качественнее" он будет переключаться между включенным и выключенным состоянием и меньше нагреваться. Оксид иттрия, как отмечают физики, позволяет добиться максимально быстрой работы транзистора за счет крайне малой толщины этого слоя.
Алмазные транзисторы, созданные японскими физиками, можно изготовлять при помощи обычных электронных пушек, применяемых сегодня в полупроводниковой индустрии, что должно ускорить их проникновение в цифровые гаджеты и микросхемы, применяющиеся в экстремальных условиях. К примеру, алмазная электроника может стать незаменимой для роботов, применяющихся при ликвидации аварий на АЭС или для работы в открытом космосе.