Tranzistorių darbo gerinimas nanoskalėje

Gamyba nanoskalėje nužygiavo ilgą kelią nuo Feimano nanotechnologijų vizijos prieš daugiau nei 50 metų. Moksliniai tyrimai pademonstravo, kad itin mažų matmenų struktūros, kaip nano-skaidulos ir kvantiniai taškai turi unikalias savybes, kurios gali pagerinti daugybės įrenginių darbą. Vėliausiuose šios srities tyrimuose mokslininkai sukūrė tranzistorius, pagamintus iš išskirtinai plonų silicio nano-skaidulų pasižyminčių aukšta kokybe dėl kvantinio įkalinimo poveikio jose.

Tyrinėtojai litografijos būdu pagamino silicio nano-skaidulas, kurių diametras tesiekė 3-5 nanometrus. Esant tokiam mažam diametrui, nano-skaidulos patiria kvantinio įkalinimo poveikį, kuris sukelia nano-skaidulų savybių pakitimus atsižvelgiant į didžiąją dalį reikšmių. Konkrečiai pagerėjo iš plonučių nano-skaidulų pagamintų tranzistorių tarpų paslankumo, srovės veržlumo ir srovės tankio savybės, ko pasakoje tranzistoriai veikia greičiau ir patikimiau. Šių tranzistorių veikimas pranoksta, net neseniai atrastus iš nano-skaidulų pagamintus silicio tranzistorius, naudojančius dopingą našumui gerinti.

„Šio tyrimo svarba yra ta, kad pavyko pademonstruoti, jog plečiamas kvantinio įkalinimo poveikio laipsnis padeda ženkliai pagerinti pralaidumą silicio kanaluose“, sakė Hu. „Mes pateikiame eksperimentu grįstus įrodymus, jog lyg šiol tik teoriškai imituotas didesnių tarpelių paslankumas yra tiesa ~3 nanometrų diametro nano-skaidulose“.

Iš pradžių gali atrodyti nelogiška, kad mažesnės skaidulos gali turėti didesnį pralaidumą. Tačiau mokslininkai aiškina, kad kvantinio įkalinimo poveikis padidina pralaidumą užpildydamas tarpus (kurie prisideda prie srovės), kad pavyktų palaikyti tolygesnį srovės svyravimą, nei gryname silicyje. Atsižvelgiant į tai, kad gryname silicyje, tarpai turi platų energijos paskirstymą veikiant srovę, maži tarpai nano-skaidulose turi daug siauresnį srovės paskirstymą. Turint tarpus su panašia energija ir mase sumažinamas našumo švaistymas nano-skaidulose, todėl pagerėja paslankumas ir srovės tankis. Lygindami mažyčių nano-skaidulų ir panašiai gaminamų nano-grandinių, kuriose ribojamas tik storio aspektas, darbą, mokslininkai taip pat demonstruoja, kad augant kvantinio įkalinimo laipsniui kanale, didėje ir pralaidumas.