Nepuslaidininkiniai tranzistoriai

ncontent

Pridėdami nanometrų dydžio aukso kvantinius taškus išilgai boro nitrido nanovamzdelių, Mičigano Tech mokslininkai sukūrė kvantinį tunelinį įrenginį, kuris veikia kaip tranzistorius kambario temperatūroje nenaudojant puslaidininkinės medžiagos.
Jau kelis dešimtmečius elektroniniai prietaisai tampa vis mažesni ir mažesni. Tai dabar tapo rutina – sutalpinti milijonus tranzistorių viename silicio luste.

Bet  puslaidininkių pagrindu tranzistoriai gali būti tik tokio mažumo. „Esant dabartiniams technologijos progreso tempams, po 10 ar 20 metų, jie nebegalės toliau mažėti“, sakė Yoke Khin Yap, Mičigano technologijos universiteto fizikas. „Be to, puslaidininkiai turi kitą trūkumą: jie eikvoja daug energijos, išskirdami ją šilumos pavidalu.“

Mokslininkai eksperimentavo su įvairiomis medžiagomis ir mėgino spręsti šias  tranzistorių problemas, visada naudojant puslaidininkius – silicį ir panašius. Nuo 2007  Japas bandė kažką iš esmės nauja, kad galėtų atverti duris į naują elektronikos amžių.

„Idėja buvo sukurti tranzistorius naudojant nanomastelinius izoliatorius su nano metalais viršuje,“ sakė jis.  Mes stengiamės jį sukurti nano, todėl mes pasirinkome nanomastelių izoliatorius, ir Boro nitrido nanovamzdelius arba BNNTs  už pagrindą  „

Yap komanda buvo nusiteikusi padaryti virtualų BNNTs  kilimą , kuris būtų izoliatoriumi ir tokiu būdu labai atsparus elektros krūviui. Naudojant lazerius, komanda uždėjo mažus, trijų nanometrų dydžio aukso kvantinius taškus (QDs), išilgai BNNTs ant viršaus, formuodami QDs-BNNTs. BNNTs yra puikūs substratai šiems kvantiniams taškams dėl jų mažo ir kontroliuojamo vienodo skersmens, taip pat dėl jų izoliacinių savybių.

Bendradarbiaujant su  Oak Ridge nacionalinės laboratorijos (ORNL) mokslininkais, jie prijungė elektrodus ant abiejų QDs-BNNTs  galų.  Kambario temperatūroje kažką įdomaus aptiko. Elektronai šoktelėjo labai tiksliai iš aukso  į aukso taškus, reiškinys žinomas kaip kvantinis tuneliavimas.

be puslaidininkiu
Elektronai peršoka visą aukso kvantinių taškų grandinę išilgai boro nitrido nanovamzdelio. Mičiganas Tech mokslininkai padarė kvantinį tunelinį įrenginį, kuris veikia kambario temperatūroje kaip tranzistorius, nenaudojantis puslaidininkinės medžiagos. Yoke Khin Yap grafika.

„Įsivaizduokite, kad nanovamzdeliai yra upė, turinti kiekvienam krante po elektrodą. Dabar įsivaizduokite, keleto labai mažų akmenukų perėją per upę „, sakė Yap. „Elektronai šokinėja tarp aukso akmenukų. Akmenys yra tokie maži, kad jūs galite turėti tik vieną elektroną ant akmens vienu metu. Kiekvienas elektronas peršoka tuo pat metu, todėl įrenginys dirba visada stabiliai. „

Yap komanda padarė tranzistorių be puslaidininkių. Kai  buvo pakankama įtampa, jis perėjo į praleidžiančią būklę. Kai įtampa buvo maža arba išjungta, jis grįžo į savo natūralų būvį kaip izoliatorius.

Be to, nebuvo jokio „nutekėjimo“: elektronai iš aukso taškelių nepabėgo į izoliacinį BNNTs, tunelių kanalai liko vėsūs. Priešingai, siliciui yra įprastas nutekėjimas, kuris eikvoja energiją ir elektroniniuose prietaisuose sukuria daug šilumos.

Ir kiti yra sukųrę tranzistorių, išnaudojantį kvantinį tuneliavimo efektą, sako Mičigano Technikos fizikas Johnas Jaszczak, kuris sukūrė teorinį pagrindą Yap savo eksperimentiniams tyrimams. Tačiau šie tuneliniai prietaisai dirbo tik tokiomis sąlygomis, kurios visai netinkamos tipiškąm telefono vartotojui. „Jie veikia tik skysto helio temperatūroje, sakė Jaszczak.

Yap paslaptis –  yra aukso ir nanovamzdelių prietaiso submicroscopinis dydis: . „Aukso salos turi būti nanometrų dydžio , kad kontroliuotų kambario temperatūroje elektronų judėjimą“ Jaszczak sakė „. Jei jie yra per dideli, per daug elektronų gali tekėti“. „Teoriškai, šie tuneliavimo kanalai gali būti miniatiūriniai , beveik nulinės dimensijos, kai tarp elektrodų atstumas sumažintas iki dalies mikronų,“ sakė Yap.

Jų darbas yra aprašytas straipsnyje: Room Temperature Tunneling Behavior of Boron Nitride Nanotubes Functionalized with Gold Quantum Dots,” published online on June 17 in Advanced Materials.

Leidinys: Chee Huei Lee, et al., “Room-Temperature Tunneling Behavior of Boron Nitride Nanotubes Functionalized with Gold Quantum Dots,” Advanced Materials, 2013; DOI: 10.1002/adma.201301339

Šaltinis: Marcia Goodrich, Michigan Tech News

Vaizdas: Yoke Khin Yap

Parengta pagal http://scitechdaily.com/