Сегодня 23 августа 2026
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Новости Hardware

Учёные ускорили транзисторы, обойдя законы физики — отрицательная ёмкость пробила предел Шоттки

Учёные из США смогли поставить на службу микроэлектронике парадоксальное физическое явление, названное отрицательной ёмкостью. Команда более 20 лет исследовала это явление, всё это время подвергаясь привычной критике. Однако целый ряд публикаций в научных журналах говорит сам за себя: этот странный эффект существует, и его можно использовать для повышения производительности транзисторов и чипов.

 Источник изображения: pixabay

Источник изображения: pixabay

Явление отрицательной ёмкости условно и проявляется только в сегнетоэлектриках. Под воздействием внешнего электрического поля кристаллическая структура сегнетоэлектриков меняет поляризацию, а также сохраняет внутри кристаллической решётки внутреннее электромагнитное поле даже после снятия внешнего воздействия. Это явление, в частности, используется для создания энергонезависимой памяти FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory).

Группа учёных исследует транзисторные структуры с прослойкой из сегнетоэлектрика. Такой материал в качестве диэлектрика под затвором способен снижать управляющее напряжение за счёт привнесения отрицательной составляющей ёмкости в структуру диэлектрика (она частично компенсирует паразитную ёмкость материала), а также ведёт к накоплению энергии внутри транзистора, создавая что-то вроде встроенного суперконденсатора — автономного элемента питания в чипе.

В новой работе команда предложила использовать сегнетоэлектрик для повышения производительности высокочастотных мощных транзисторов из нитрида галлия. Речь идёт о транзисторах High-Electron-Mobility Transistor (HEMT) — полевых транзисторах с высокой подвижностью электронов. Они основаны на гетероструктурах, таких как GaAs/AlGaAs или GaN/AlGaN, где на границе двух материалов с разной шириной запрещённой зоны создаётся двумерный электронный газ (2DEG) с высокой подвижностью электронов. Это обеспечивает низкое сопротивление и высокую скорость переключения.

Производительность транзисторов HEMT, как и других полупроводниковых структур, ограничена законами физики и, в частности, так называемым пределом Шоттки. Он определяется компромиссом между толщиной изолятора, препятствующего утечкам тока в закрытом состоянии, и величиной тока в открытом состоянии, а также скоростью переключения между этими режимами. Отрицательная ёмкость, утверждают исследователи, позволяет преодолеть этот компромисс и обеспечить прирост производительности GaN-транзисторов. Было показано, что увеличение толщины диэлектрика из сегнетоэлектрика не снижает скорость переключения.

Сегнетоэлектрик в виде соединения оксида гафния и оксида циркония (HfO₂-ZrO₂ — сокращённо HZO) толщиной 1,8 нм был нанесён на рабочий слой транзистора под затвором. Кристаллическая структура HZO позволяет сохранять внутреннее электрическое поле даже при отсутствии внешнего напряжения. Когда на транзистор подавалось напряжение, внутреннее поле HZO ему противодействовало. В транзисторе это приводило к парадоксальному эффекту: снижение напряжения вызывало увеличение накопленного в HZO заряда. Такая отрицательная ёмкостная реакция эффективно усиливала управление затвором, способствуя накоплению заряда в двумерном электронном облаке транзистора и увеличивая ток в включённом состоянии. В то же время толщина диэлектрика HZO подавляла ток утечки при выключении устройства, что позволяло экономить энергию.

«Когда вы добавляете другой материал, толщина [затвора] должна увеличиться, а управление затвором – ухудшиться, — поясняют учёные. — Однако диэлектрик HZO, похоже, преодолевает предел Шоттки. Этого нельзя добиться обычными методами».

«Получение большего тока от устройства за счёт добавления изолятора – чрезвычайно ценно, — добавляют исследователи. — В других случаях без отрицательной ёмкости этого добиться невозможно».

Учёные провели эксперимент на макетном образце транзистора. Им ещё предстоит уменьшить его размеры и убедиться в работоспособности таких структур на меньшем масштабе. Пока они ищут заинтересованных партнёров, чтобы воспроизвести эксперимент в условиях массового производства транзисторов.

Источник:

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Материалы по теме

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Новая статья: Agent 64: Spies Never Die — не время умирать. Рецензия 4 ч.
Всего 1 % игр в Steam собирает 84,5 % выручки, показало исследование 9 ч.
Седьмая утечка геймплея GTA VI показала ограбление заправок и систему повреждения машин 11 ч.
Claude улучшил результаты в три раза благодаря оболочке: Nvidia показала новый путь развития ИИ-агентов 13 ч.
Российский рекорд: впервые в истории весь топ-4 The International заняли команды из РФ 13 ч.
Утечки геймплея GTA VI вызвали в Rockstar переполох, но на планы студии не повлияли 14 ч.
Microsoft запустила приложение, которое делает Bing поиском по умолчанию во всех браузерах 15 ч.
DeepSeek представила экспериментальную мультимодальную ИИ-модель — она не уступает Claude Opus 4.8 18 ч.
Магазин на диване переродился: «Яндекс» начал тестировать функции шопинга на смарт-телевизорах 18 ч.
TikTok согласилась выплатить $400 млн в США по иску о нарушении закона в сфере сбора данных о несовершеннолетних 20 ч.
Synology представила сетевые хранилища RackStation RS826RP+ и RS826+ формата 1U 7 ч.
Gigabyte представила 1U-серверы серии R165 на базе AMD EPYC Venice 7 ч.
Firefly Aerospace доставит на Луну «ядерную печку» — она будет согревать оборудование холодными лунными ночами 8 ч.
SpaceX в сотый раз запустила ракету Falcon в этом году — на орбиту доставлено ещё 27 спутников Starlink 12 ч.
Почти флагманский смартфон Samsung Galaxy S26 FE распаковали на камеру до анонса 12 ч.
Скоро полетит: SpaceX протестировала готовность двигателей Starship к историческому полёту с выходом на орбиту 12 ч.
Группировка Starlink разрослась до 11 тыс. спутников, похвастался Илон Маск 12 ч.
Sony Xperia 10 VIII показался на фото за несколько дней до анонса 12 ч.
Google Pixel 11 Pro Fold не выдержал тест на экстремальный изгиб, но хотя бы не взорвался вслед за предшественником 15 ч.
Первый повторный запуск китайской многоразовой ракеты Zhuque-3 состоится в течение полугода 17 ч.