Raziskovalci na Rochester Institute of Technology, mednarodni konzorcij polprevodnikov SEMATECH in univerza Texas State so v praksi dokazali, da lahko z uporabo novih metod in materialov za proizvodnjo integriranih vezij zmanjšajo porabo in do 10-krat podaljšajo življenjsko dobo baterij v mobilnih aplikacijah v primerjavi z običajnimi tranzistorji.
»Ključ do takšnega revolucionarnega preboja je tunelski tranzistor z efektom polja (TFET). Tranzistorji so stikala, ki nadzorujejo gibanje elektronov skozi material, da lahko tečejo električni tokovi, ki so potrebni za delovanje vezij. Za razliko od standardnih tranzistorjev, ki jih lahko primerjamo z vožnjo z avtomobilom prek hriba, je tunelski tranzistor z efektom polja podoben vožnji skozi predor v tem hribu,« pravi Sean Rommel, izredni profesor za elektrotehniko in inženiring mikroelektronike.
„Tunelski tranzistorji z efektom polja še ne zmorejo dovolj velikega toka, da bi lahko v tem trenutku praktično nadomestili sedanje tranzistorske tehnologije,“ pravi Rommel, „vendar smo z delom na tem področju dosegli največji tunelski tok, ki je bil kdajkoli dokazan in odgovorili na ključno vprašanje o izvedljivosti tehnologije tunelskih tranzistorjev. „
Rommel je sodeloval z Davidom Pawlikom, Brianom Romanczykom in Paulom Thomaso, ki so podiplomski študenti na programih inženiringa mikroelektronike in mikrosistemov na RIT. Skupaj s kolegi iz SEMATECH in univerze Texas State University je ekipa predstavila svoje revolucionarne izsledke raziskav na mednarodnem srečanju Electron Devices v San Franciscu decembra 2012.
Da bi lahko natančno opazovati in ocenili nivoje teh tokov, sta bila postopka izdelave in testiranja opravljena v RIT. Pawlik je razvil postopek za izdelavo in testiranje vertikalnih Esaki tunelskih diod, ki so v premeru manjše od 120 nanometrov, pojasnjuje Rommel. Ta postopek je raziskovalcem omogočal merjenje stotine diod na vzorec. Zaradi testiranja izdelkov s premerom v razredu nanometra so lahko raziskovalci eksperimentalno opazovali tokove, ki so bistveno večji kot so poročale katerekoli doslej objavljene raziskave za tunelske tokove.
Esaki tunelske diode, ki so jih odkrili v letu 1957 in prve kvantne naprave so bile uporabljene za ustvarjanje prikaza poti izhodnih tunelskih tokov za določeno vrsto sistemov materialov in parametrov. Prvič doslej imajo raziskovalci posamezno referenco, s katero lahko primerjajo rezultate od mikro do mega-amperskega območja, dodaja Rommel.
„To, kar smo ustvarili doslej, lahko uporabljajo tudi drugi pri oblikovanju večje učinkovitosti tunelskih tranzistorjev z efektom polja, kar bi lahko v prihodnje omogočalo integrirana elektronska vezja z nizko porabo za mobilne naprave,“ še pove.
Vse ugotovitve celotne ekipe s področja razvoja visoko zmogljivih elektronskih naprav z nizko porabo so podrobno opisane v dokumentu „Primerjava in izboljšanje lastnosti III-V Esaki Diode z rekordno gostoto toka 2,2 MA cm2, za povečanje toka tunelskega tranzistorja z efektom polja“. Delo so sponzorirali National Science Foundation, SEMATECH in urad podpredsednika za raziskave Rochester Institute of Technology (RIT).
„SEMATECH, RIT in univerza Texas State so s tem delom naredili pomemben korak na področju osnovnih materialov z vozlišči pod 10 nm,“ je dejal Paul Kirsch, direktor SEMATECH vhodnih procesov. „Raziskava, ki je bila predstavljena na mednarodnem srečanju Electron Devices na lastnostih III-V Esaki tunelski diode, rešuje temeljna vprašanja glede uporabnosti tunelskih tranzistorjev z efektom polja in zagotavlja praktično podlago za tehnologije nizkonapetostnih tranzistorjev.“
Mejnik na poti do elektronike s tunelskimi tranzistorji nizke porabe
2013_SE207_10
