Уменьшение масштабов производства электронных устройств, таких как транзисторы, достигло пика, что создает проблемы для производства полупроводников. Однако исследовательская группа под руководством ученых-материаловедов из Городского университета Гонконга (CityU) недавно обнаружила новую стратегию разработки универсальной электроники с выдающимися характеристиками с использованием транзисторов, изготовленных из нанопроволок и нанохлопьев смешанных размеров.

Это нововведение открывает путь к упрощению конструкции микросхем, обеспечивая универсальность и низкое рассеивание мощности в будущей электронике. Результаты исследования под названием «Многофункциональная антиамбиполярная электроника на основе гетеротранзисторов смешанной размерности 1D GaAsSb/2D MoS 2 » были опубликованы в журнале Device.

В последние десятилетия, когда непрерывное масштабирование транзисторов и интегральных схем начало достигать физических и экономических пределов, производство полупроводниковых устройств контролируемым и экономически эффективным способом стало сложной задачей. Дальнейшее увеличение размера транзистора увеличивает ток утечки и, следовательно, рассеиваемую мощность. Сложные электропроводные сети также оказывают негативное влияние на энергопотребление.

Многозначная логика (MVL) стала многообещающей технологией для преодоления растущего энергопотребления. Он превосходит ограничения традиционных систем двоичной логики за счет значительного сокращения количества транзисторных компонентов и их соединений, что обеспечивает более высокую плотность информации и более низкое рассеивание мощности. Значительные усилия были направлены на создание различных устройств многозначной логики, в том числе антиамбиполярных транзисторов (ААТ).

Антиамбиполярные устройства — это класс транзисторов, в которых положительные (дырки) и отрицательные (электроны) носители заряда могут перемещаться одновременно внутри полупроводникового канала. Однако в существующих устройствах на основе AAT преимущественно используются двумерные или органические материалы, которые нестабильны для крупномасштабной интеграции полупроводниковых устройств. Кроме того, их частотные характеристики и энергоэффективность редко исследовались.

Чтобы устранить эти ограничения, исследовательская группа под руководством профессора Джонни Хо, заместителя вице-президента (предприятие) и заместителя руководителя факультета материаловедения и инженерии CityU, приступила к исследованию по разработке схем на основе антиамбиполярных устройств с более высокой информативностью. плотность и меньшее количество взаимосвязей, а также изучить их частотные характеристики.

Команда создала передовую технологию химического осаждения из паровой фазы для создания нового гетеротранзистора смешанных размеров, который сочетает в себе уникальные свойства высококачественных нанопроволок GaAsSb и нанохлопьев MoS 2 .

Новые антиамбиполярные транзисторы имели исключительные характеристики. Благодаря сильной межфазной связи и свойствам выравнивания зонной структуры смешанного перехода GaAsSb/MoS 2 гетеротранзистор имеет выраженные антиамбиполярные характеристики переноса с переворотом крутизны.

Изменение крутизны удваивает частоту в ответ на входной сигнал аналоговой цепи, что значительно сокращает количество необходимых устройств по сравнению с обычным умножителем частоты в технологии КМОП.

«Наши смешанные антиамбиполярные транзисторы могут одновременно реализовывать многозначные логические схемы и умножители частоты, что делает их первыми в своем роде в области применения антиамбиполярных транзисторов», — сказал профессор Хо.

Характеристики многозначной логики упрощают сложные проводные сети и уменьшают рассеиваемую мощность чипа. Уменьшение размерности устройства вместе с уменьшенной областью перехода делает устройство быстрым и энергоэффективным, что приводит к созданию высокопроизводительных цифровых и аналоговых схем.

«Наши результаты показывают, что антиамбиполярные устройства смешанной размерности позволяют создавать микросхемы с высокой плотностью хранения информации и способностью ее обработки», — сказал профессор Хо. «До сих пор большинство исследователей в полупроводниковой промышленности сосредоточились на миниатюризации устройств, чтобы обеспечить соблюдение закона Мура.

«Но появление антиамбиполярного устройства показывает сравнительное превосходство существующей технологии, основанной на двоичной логике. Технология, разработанная в этом исследовании, представляет собой большой шаг на пути к многофункциональным интегральным схемам следующего поколения и телекоммуникационным технологиям».

Исследование также открывает возможность дальнейшего упрощения сложных интегральных схем для повышения производительности.

Функция изменения крутизны смешанного антиамбиполярного устройства показала возможность универсального применения в цифровой и аналоговой обработке сигналов, включая инверторы троичной логики, передовую оптоэлектронику и схемы удвоения частоты. «Новая структура устройства предвещает потенциал технологической революции в будущей универсальной электронике», — добавил профессор Хо.