Физика

От потребительской и промышленной электроники требуют все больших вычислительных мощностей с течением времени. При этом никто не хочет возвращаться к жестким дискам размером с комнату — от электронных устройств ожидается миниатюрность.

Ученые по-разному подходят к задаче увеличить производительность электроники при сохранении небольших размеров: уменьшают некоторые компоненты, меняют материалы и обращаются к экзотической физике. Исследователи из Пхоханского университета науки и технологий (POSTECH, Южная Корея) разработали транзисторную технологию, позволяющую одному транзистору выполнять функцию целой транзисторной схемы. Статья об этом опубликована в Advanced Functional Materials.

Новый транзистор создали на основе гетероперехода между оксидом цинка (ZnO) и теллуром (Te). Тонкопленочное устройство при правильном наложении слоев на гетеропереходе проявляет двойную отрицательную дифференциальную транс-проводимость (D-NDT) — при увеличении напряжения на затворе ток сначала растет, а потом уменьшается, и этот процесс происходит дважды в одном транзисторе. Чтобы получить такое преобразование на обычных транзисторах, нужно использовать схему из нескольких связанных элементов.

Свойства такого транзистора ученые регулируют, изменяя размер области перекрытия пленок оксида цинка и теллура. При небольшом перекрытии ток растет и падает один раз. Увеличение площади перекрытия приводит к тому, что в транзисторе возникают и продольные, и поперечные токи, взаимодействие которых формирует два пика на графике зависимости тока от напряжения.

Исследователи экспериментально реализовали учетверение частоты тока с помощью одного транзистора. Такой подход привел к сокращению числа транзисторов в схеме на 64-75 процентов, в зависимости от того, в аналоговой или цифровой логике выполнена схема на обычных транзисторах. Ученые также экспериментально подтвердили, что скорость обработки данных возросла в четыре раза в течение одного цикла входного сигнала.

Новый подход значительно упрощает проектирование схем и увеличивает скорость обработки данных. Авторы исследования ожидают, что их технология будет полезна для сверхкомпактных устройств и трехмерных интегральных схем высокой плотности.