Сегодня 03 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 🔥
Московский суд не признал сгенерированные ИИ изображения творчеством 7 ч.
OpenAI запуталась в приоритетах и теперь пытается догнать конкурирующую Anthropic 18 ч.
Новая статья: Gamesblender № 787: дата выхода God of War Laufey, бета Gears of War и томский «стимулятор» таксиста 02-08 00:02
Microsoft научит Windows 11 экономить оперативную память — улучшения выйдут уже осенью 01-08 21:13
Торговать в Crimson Desert стало удобнее и выгоднее — подробности обновления 1.16.00 01-08 20:01
Утверждён список приложений для предустановки в России на 2027 год 01-08 13:32
Google сделает исключение для стран под санкциями — Android-разработчиков там не будут проверять 01-08 11:31
Ещё несколько ИИ-агентов OpenAI вышли из-под контроля — до взломов, кажется, не дошло 01-08 11:23
OpenAI сообщила, что её сервисами теперь пользуются более миллиарда человек и свыше двух миллионов компаний 01-08 09:47
Такой Google Earth нам не нужен: функцию генерации спутниковых снимков отключили из-за злоупотреблений 01-08 07:36
Новая статья: Выбираем лучшие игровые ноутбуки на российском рынке (вторая половина 2026 года) 2 ч.
Apple собирается превратить будущие умные очки в гаджет для фитнеса 4 ч.
Sony заявила о достаточных запасах памяти для производства PS5 в этом году даже с учётом выхода GTA 6 6 ч.
Supermicro представила серверные стойки со статической нагрузкой до 2500 кг 11 ч.
Arm объявила о растущем спросе на её процессор для ЦОД, но акции упали из-за ожидаемого снижения роялти от смартфонов 11 ч.
Samsung отмечает рост спроса на 2-нм и 1,4-нм продукцию, будет расширять профильные мощности 17 ч.
Акции SpaceX опустились на 20 % ниже цены июньского размещения 19 ч.
Alibaba предоставила Moonshot вычислительные мощности на 20 000 чипов Nvidia для обучения моделей Kimi 19 ч.
В Китае появилась «квантовая» подстанция — электросети никогда ещё не были так защищены 01-08 21:09
AM4 снова в моде: Gigabyte представила плату B550 Aorus Elite WIFI7 для процессоров Ryzen 5000 01-08 17:26