Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Nowa klasa tranzystorów ze złączem metal-gaz

ghost666 06 Gru 2018 22:04 1569 9
  • Nowa klasa tranzystorów ze złączem metal-gaz
    Naukowcy zaproponowali właśnie nowatorski rodzaj tranzystora - układ wykorzystujący cienką przerwę pomiędzy elektrodami jako materiał aktywny. Jak twierdzą, elementy te mają pozwolić pokonać trudności w realizacji Prawa Moora i dalszą miniaturyzację elektroniki. To nowy tranzystor zrobiony niemalże... z niczego - nowoczesny tranzystor próżniowy.

    Od dawna analitycy przewidują, że podwajanie się gęstości tranzystorów w układach scalonych co dwa lata (zależność opisana Prawem Moora) zatrzyma się około roku 2025. Wtedy to też technologia półprzewodnikowa ma zderzyć się z fizycznymi ograniczeniami rozmiaru tranzystora. Naukowcy z RMIT w Melbourne w Australii wierzą jednak, że opracowany przez nich tranzystor wykorzystujący zjawisko emisji polowej (ACT) może pozwolić na pokonanie tych barier i pozwolić na dalsze zwiększanie gęstości upakowania tranzystorów w układach scalonych przez jeszcze co najmniej dwie dekady.

    Tranzystory ACT wyeliminowały konieczność wykorzystywania półprzewodników w elektronice. Zamiast tego w elemencie tym znajdziemy dwie symetryczne, płaskie elektrody leżące w jednej płaszczyźnie - źródło i dren. Oddalone są one od siebie o mniej niż 35 nanometrów. Pod przerwą pomiędzy elektrodami znajdziemy trzecią elektrodę, sterującą zjawiskiem emisji polowej z elektrod. Nanoskopowa przerwa pomiędzy elektrodami jest mniejsza niż średnia droga swobodna elektronu w powietrzu, co oznacza, że nawet w temperaturze pokojowej podróżują one pomiędzy elektrodami bez rozpraszania.

    "Odmiennie niż konwencjonalne tranzystory, które muszą być wytworzone z krzemowego substratu, ten tranzystor produkowany jest w procesie 'bottom-to-top' zaczynając od samego substratu. Pozwala to na tworzenie w pełni trójwymiarowych sieci takich tranzystorów, szczególnie gdy już określimy jaka jest optymalna szerokość przerwy pomiędzy elektrodami" mówi Shruti Nirantar, pierwsza autorka w publikacji na temat tranzystora, która ukazała się w prestiżowy czasopiśmie Nano Letters. "Oznacza to, że zamiast walczyć o miniaturyzację układów elektronicznych, należy skupić się nad pracami nad kompaktowymi architekturami 3D, co pozwoli zmieścić więcej tranzystorów w jednostce objętości".

    Jak wskazuje Nirantar, wykorzystanie metalu i powietrza zamiast półprzewodnika w tym układzie ma szereg zalet. Prostsza jest produkcja tych elementów -można zrealizować ją w jednym kroku - depozycja metalu elektrod - emitera i kolektora definiuje jednocześnie przerwę pomiędzy nimi. Jakkolwiek do produkcji tych tranzystorów używa się nowoczesnych metod takich samych jak do produkcji konwencjonalnych elementów elektronicznych to w przypadku elementów ACT sam proces jest dużo prostszy i wymagający mniejszej ilości procesów technologicznych - tranzystory te nie potrzebują domieszkowania, nakładania warstw tlenków etc. Oznacz to, że koszty ich produkcji na masową skalę powinny być sporo niższe.





    Dodatkowo - fakt, że tranzystory te wykonane są z metali oznacza, że można wyprodukować je na dowolnej powierzchni dielektrycznej, o ile nie uniemożliwia ona sterowania przez bramkę emisji polowej z elektrody. "Układy te można wytwarzać na ultracienkich podłożach szklanych, plastikowych bądź wykonanych z elastomerów" mówi Nirantar. "Dzięki temu układy scalone mogą być wykorzystywane w układach elastycznych czy elektronice noszonej".

    Inną potencjalną aplikacją tej technologii jest wykorzystanie jej w systemach kosmicznych. Ponieważ elektrony lecą w próżni równie sprawnie jak w powietrzu (jak nie lepiej - jak w lampach elektronowych) można stosować je w próżni, a dzięki temu, że promieniowanie kosmiczne nie moduluje przewodności próżni, tranzystor ACT jest odporny na promieniowanie, jakie wypełnia kosmos.

    Naukowcy zrealizowali już praktycznie prototyp tego rodzaju tranzystora. Kolejne kroki to poprawa stabilności elementu i zwiększenie jego wydajności. Wszystko skupić ma się na testowaniu różnych konfiguracji źródła i drenu oraz różnych materiałów elektrod - wolframu, złota czy platyny.

    "Musimy jeszcze zoptymalizować parametry takie, jak np. napięcie pracy elektrody, ponieważ z uwagi na nadmierne pole elektryczne w czasie pracy topią się ostre końce elektrod" mówi Nirantar. "Im są one mniej ostre, tym niższa jest wydajność ich emisji. Dlatego też chcemy opracować taki projekt, który zapewni optymalną wydajność i zmniejszy narażenie emitera na uszkodzenia". Uważa ona, że można to zrealizować w ciągu dwóch najbliższych lat.

    Jeśli patrzymy dalej w przyszłość, to badacze zwracają też uwagę na potencjalną prędkość tych tranzystorów. Teoretyczna prędkość ACT jest na poziomie teraherców - dziesięć tysięcy razy szybciej niż działają obecne układy scalone. "Potrzebne są dalsze badania, by pokazać jakie są realne możliwości tych urządzeń" dodaje.

    Jeśli chodzi o komercjalizację, to jak mówią badacze, konieczne jest wsparcie przemysłu, by skalować nową technologię czy też opracować bardziej zaawansowane, trójwymiarowe sieci tych elementów. "Z taką pomocą i odpowiednimi środkami, istnieje potencjał na rozwinięcie komercyjnych tranzystorów z emisją polową w ciągu najbliższej dekady. Z odpowiednimi parametrami może to być możliwe dużo szybciej" podsumowują naukowcy.

    Źródło: https://spectrum.ieee.org/nanoclast/semiconductors/devices/new-metalair-transistor-replaces-semiconductors

  • #2 07 Gru 2018 07:45
    grawastar1986
    Poziom 12  

    Kiedyś czytałem o podobnym wynalazku - była to bardzo zminiaturyzowana lampa elektronowa. Zasada działania identyczna jak tutaj.

  • #3 07 Gru 2018 08:26
    lukiiiii
    Poziom 26  

    grawastar1986 napisał:
    Kiedyś czytałem o podobnym wynalazku - była to bardzo zminiaturyzowana lampa elektronowa. Zasada działania identyczna lub taka sama jak tutaj.


    Powrót do źródeł? Historia zatoczyła koło? :)

  • #4 07 Gru 2018 08:33
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    Tylko że tutaj zasada działania jest inna niż w lampie elektronowej ;) nie ma siatki jako takiej.

  • #5 07 Gru 2018 09:13
    adam313890
    Poziom 12  

    ghost666 napisał:
    Tylko że tutaj zasada działania jest inna niż w lampie elektronowej nie ma siatki jako takiej.


    Niby nie ma siatki ale jest pole hamujące, które zbliża tę konstrukcję bliżej do lamp.
    Ciekawe jak na ten element będzie wpływała termika rozgrzewającej się elektrody na którą pada strumień elektronów. Czy przypadkiem nie będzie jakiejś termoemisji z metalu co było by znacząco ciekawym zjawiskiem który wcześniej był zarezerwowany dla lamp.

  • #6 07 Gru 2018 16:27
    rperla
    Poziom 11  

    Myślę że temperatura katody tlenkowej w lampie jest na tyle wysoka że te tranzystory nigdy jej nie osiągną . Tak z czystej teorii . Tu nie mamy żarzenia .

  • #7 07 Gru 2018 18:30
    adam313890
    Poziom 12  

    rperla napisał:
    Myślę że temperatura katody tlenkowej w lampie jest na tyle wysoka że te tranzystory nigdy jej nie osiągną .

    Termoemisja o której mówię jest trochę inna - chodzi o reemisję z rozgrzanej anody,a w tym wypadku z elektrody zbiorczej.
    Temperatura - zależy od kształtu ostrza. Jeżeli koniec będzie wystarczająco długi i ostry to nagrzeje się. Przecież te elektrony będą miały temperaturę plazmy.
    rperla napisał:
    Tu nie mamy żarzenia .

    A lampy ziomnokatodowe których katody rozgrzewają się pod wpływem prądu kolega zna?

  • #8 08 Gru 2018 11:20
    szwagros
    Poziom 30  

    ghost666 napisał:
    To nowy tranzystor zrobiony niemalże... z niczego - nowoczesny tranzystor próżniowy.
    ghost666 napisał:
    wykorzystanie metalu i powietrza zamiast półprzewodnika w tym układzie ma szereg zalet.

    Czyli między elektrodami jest próżnia czy powietrze?

  • #9 08 Gru 2018 14:23
    guciu2
    Poziom 14  

    szwagros napisał:
    ghost666 napisał:
    To nowy tranzystor zrobiony niemalże... z niczego - nowoczesny tranzystor próżniowy.
    ghost666 napisał:
    wykorzystanie metalu i powietrza zamiast półprzewodnika w tym układzie ma szereg zalet.

    Czyli między elektrodami jest próżnia czy powietrze?


    Skoro złącze metal - gaz to chyba powietrze a nie próżnia.
    Ale i tak to praktycznie lampy elektronowe tyle że scalone w dużej ilości oraz małym rozmiarze - takie triody. Można założyć że rolę żarzenia przejmują te metalowe elektrody. Faktycznie historia zatacza koło i może należy dokładniej przyglądać się dawnym wynalazkom które odeszły już do lamusa (chociaż lampy też tak nie całkiem).

  • #10 08 Gru 2018 14:49
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    szwagros napisał:
    ghost666 napisał:
    To nowy tranzystor zrobiony niemalże... z niczego - nowoczesny tranzystor próżniowy.
    ghost666 napisał:
    wykorzystanie metalu i powietrza zamiast półprzewodnika w tym układzie ma szereg zalet.

    Czyli między elektrodami jest próżnia czy powietrze?


    Między elektrodami jest... nie ważne co - tranzystor tego rodzaju działa tak samo w próżni jak i w powietrzu czy innym gazie.