Přispějí „rozmáčknuté tranzistory” k rozvoji elektroniky nové generace?

Moorův zákon předpovídá, že počet tranzistorů, které se vejdou na danou plochu matrice, se souběžně se zvyšováním výkonu čipů bude zdvojnásobovat každé dva roky. S rostoucí hustotou tranzistorů se zmenšuje velikost čipů a zvyšuje rychlost zpracování dat. Tento proces vedl k rychlému pokroku v oblasti informačních technologií a nárůstu počtu propojených zařízení. Výzvu ovšem představují základní fyzikální limity, které nemohou být ignorovány, a na křemíku založené technologie, představující CMOS tranzistory, nyní vstupují do posledních let  jejich smršťování.
Kromě toho je tato proliferace hnána nárůstem objemu dat, které doprovází zvyšující se nároky na energii pro jejich zpracovávání, ukládání a komunikaci, to vše má za následek i skutečnost, že IT infrastruktura nyní spotřebovává odhadem 10 % světové elektrické energie. Dřívější snahy se soustředily na sanace snížením množství energie na bit. Nicméně brzy bude dosažena napájecí bariéra, která zabrání pokračovat v dalším škálování napětí. Zásadní pro pokračující vývoj IT je proto rozvoj nových, nízkoenergetických zařízení založených na různých fyzikálních principech.
Tým expertů prokázal schopnosti piezoelektrického tranzistoru (PET) jako post-CMOS technologie, která by mohla překonat tyto problémy a pomoci obnovit proces škálování napětí. V článku zveřejněném v Applied Physics Letters, o němž informuje server Phys.org, vědci vysvětlují fyziku základního chování PET a použití teorie a simulace k predikci jeho výkonu při současné optimalizaci napříč širokou škálou aplikací prostorů, překlenující několik různých měřítek: včetně přepínače radiové frekvence (na mikronové škále) a v zařízeních, jako jsou smartphony, nebo radar využívající sfázované sítě.
Zařízení je založeno na tlakově řízeném izolátoru na přechodu ke kovu, což se ukázalo jako slibná, rychlá varianta s nízkou spotřebou energie pro budoucí IT infrastruktury, s výkonem, který nelze srovnávat se současnými klasickými CMOS tranzistory.
Koncepci piezoelektrických tranzistorů popisuje ve své dizertační práci i Tom van Hemert z univerzity v holandském Twente, o níž informoval český vědecký server Osel.cz. Pracuje v ní s piezoelektrickým jevem, který ve speciálních krystalech umožňuje generovat elektrické napětí při stlačení, a naopak v elektrickém poli nastane zvětšení objemu krystalu. Navrhuje uzavřít tranzistor do sendviče mezi dva piezokrystaly, které tranzistor zmáčknou pouze v okamžiku, kdy je to potřeba, jinak ho ponechají bez tlaku, takže podle van Hemertova výpočtu by mělo stačit k jeho sepnutí místo současných 60 jen 50 mV.

Piezoelektrický tranzistor - PET
PET, popsaný výzkumníky IBM, pracuje na novém principu: elektrický vstup je převeden do akustického pulsu pomocí piezoelektrického elementu. Tato sekvence se používá k řízení kontinuálního přechodu izolátor-kov v piezorezistivním elementu, což přístroj zapíná.
Základní konstrukci tvoří složka dvou různých materiálů: piezoelektrický prvek (PE) a piezoresistor (PR), sevřené mezi třemi kontakty (gate, sense, common). Celý PET zásobník musí být vertikálně upnut v tuhé konstrukci vyrobené z materiálu s vysokou mezí (high yield material - HYM). Piezoresistivní materiál musí mít silný tlakově závislý měrný odpor (takový, jaký byl zjištěn např. v SmSe - směsi samaria a selenu - kdy se pro tlak ~ 4 GPa měrný odpor změní o téměř 7 řádů), pokrývající rozsah od vysoce odporového polovodiče až prakticky režim kovu. Použití tlaku může vytvořit "kanál" v materiálu, který vytváří vlastnosti jako vodivost, zapnutí zařízení.
 

Publikováno: 9. 12. 2015 | Počet zobrazení: 2496 479