Мікроелектронний пристрій без напівпровідникових матеріалів

Вчені створили перший мікроелектронний пристрій, що не містить компонентів з напівпровідникових матеріалів

В основі всіх використовуваних в сучасній електроніці приладів лежать компоненти, виготовлені з напівпровідникових матеріалів різних типів. Але можливості цих технологій починають наближатися до фізичних меж і обмежень, що, в свою чергу, може порушити відомий закон Гордона Мура, який говорить про те, що кількість транзисторів і обчислювальна потужність мікропроцесорів повинні подвоюватися кожні два роки. У пошуках альтернативи напівпровідникових технологій дослідники з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго розробили те, що є першим в світі мікроелектронним пристроєм, що не містить напівпровідникових матеріалів. І подальший розвиток даної технології може привести до розробки швидкодіючої мікроелектроніки нового типу, високоефективних сонячних батарей і багато чого іншого.

У своїй роботі дослідники замінили електрони, що рухаються в обсязі напівпровідникових матеріалів вільними електронами, що рухаються в просторі. Ця технологія багато в чому подібна до першим електронним радіолампах за винятком того, що вона реалізована на нанорозмірному рівні. Однак, вивільнення електронів з матеріалу є досить важкою справою, воно вимагає застосування високого електричного потенціалу, високої температури або світла високоенергетичних лазерів. І жоден з перерахованих методів не підходить для практичного використання в мікроелектроніки в силу різних причин.

Дослідники розробили пристрій, здатний випускати вільні електрони без необхідності застосування будь-яких екстремальних впливів. Основу цього пристрою становить золота метаповерхность з наноструктурованих формою, яка складається з чергуються золотих смуг і структур, що мають форму гриба з ніжкою і капелюшком. Все це знаходиться на поверхні кремнієвої підкладки, покритої ізолюючим шаром з діоксиду кремнію.

Коли на елементи цієї поверхні подається низька, близько 10 Вольт, електрична напруга, і на ній фокусується світло низькоенергетичного інфрачервоного лазера, на ній виникають так звані “гарячі точки”, області з високою напруженістю електричного поля. Енергії цього поля досить для того, щоб витягти електрони з матеріалу і відправити їх у вільний політ в навколишній простір. Слід зазначити, що за рахунок деяких явища така поверхня сама по собі створює хмару вільних електронів, але при активізації вищеописаним способом щільність цього поля і електронна провідність пристрої зростають мінімум в тисячу разів.

“Це пристрій, без сумнівів, не зможе замінити напівпровідникові прилади всіх наявних на сьогоднішній день типів. Але на його основі вже сьогодні можна буде створити альтернативу напівпровідників, що використовується в силовій електроніці або в високочастотної техніки “- розповідає Ден Сівенпіпер (Dan Sievenpiper), професор електротехніки з Каліфорнійського університету, -” Тепер нам належить з’ясувати, наскільки ми зможемо поліпшити параметри таких пристроїв і наскільки великі можуть бути значення їх деяких характеристик “.

Створене каліфорнійськими дослідниками мікроелектронний пристрій, структура якого показана на наведеному вище знімку, є лише доказом працездатності всіх використаних вченими принципів і рішень. І, цілком ймовірно, що створюючи метаповерхності різних типів і структури, у вчених в майбутньому вийде створити аналоги всіх видів сучасних напівпровідникових пристроїв або приладів.