Ученые создали высокоскоростной гибрид вакуумной лампы и транзистора

Американские физики разработали «гибридный» транзистор, сочетающий в себе некоторые черты вакуумных ламп и обычных полупроводниковых логических элементов, способный работать на сверхвысоких частотах при очень небольшом напряжении, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology.

Вакуумные лампы были первым электронным прибором, пригодным для создания сложных логических схем и электронных приборов. Первые приборы подобного рода появились в начале 20 века, однако их широкое использование началось через несколько десятилетий после распространения радио, телевидения и появления первых вычислительных машин. Во второй половине 20 века лампы были вытеснены полупроводниковыми транзисторами.

Группа физиков под руководством Хон-Ку Кима (Hong Koo Kim) из Питтсбургского университета пыталась решить одну из ключевых проблем современной электроники – низкую скорость транспортировки электронов из одной части транзистора в другую.

«Физические барьеры не дают нам создать более эффективную электронику. Мы попытались решить одну из таких проблем, анализируя работу транзисторов и их предшественников – вакуумных ламп», – пояснил Ким.

Как объясняют ученые, вакуумная лампа состоит из двух электродов, катода и анода, и расположенной между ними управляющей сетки. При подключении к источнику тока катод нагревается и начинает испускать электроны, двигающиеся к аноду. Движение этих частиц зависит от наличия напряжения и заряда на управляющей сетке. Если сетка заряжена положительно, электроны пролетают сквозь нее и между катодом и анодом возникает электрический ток. В обратном случае электроны отскакивают от сетки и движение в цепи отсутствует.

Ким и его коллеги попытались реализовать подобный эффект в полупроводнике.

Физики подготовили «бутерброд» из кремния, его диоксида и алюминия, разрезали его пополам, отодвинули половинки на несколько нанометров и стали наблюдать за поведением прибора в вакууме.

Ученые обнаружили, что на границе между пластинкой кремния и безвоздушным пространством существует особое скопление электронов – двумерный электронный газ. В этом состоянии отрицательно заряженные частицы могут двигаться только в двух направлениях, и не способны перемещаться в третьем измерении.

Как утверждают исследователи,

при подаче напряжения на катод новые электроны сталкиваются со старыми «жителями» пограничного слоя и выталкивают их в открытое пространство. Эти частицы двигаются по баллистической траектории в сторону второй половинки транзистора, где они захватываются положительно заряженным анодом. По аналогии с вакуумной лампой, движением тока управляет затвор транзистора.

По словам физиков, данное устройство способно работать на очень высоких частотах даже при очень небольших напряжениях, до 0,5 вольт.

Их конструкция аналогична повсеместно используемым полевым транзисторам, благодаря чему их можно изготовлять при помощи существующих технологий. Тем не менее, для промышленного применения этих полупроводниковых приборов физикам еще предстоит решить проблему низкой проводимости – в экспериментальных транзисторах Кима и его коллег лишь 0,5% электронов достигало анода.

Источник(и):

1. РИА Новости