Сегодня 16 октября 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.

Было интересно? Скажите об этом Google, чтобы чаще получать ссылки на наши новости про технологии и рынок it

Источник:

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Материалы по теме

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
OpenAI представила GPT-Live-1.1 — голосовой ИИ стал лучше говорить, но хуже соблюдать правила 2 ч.
Control Resonant установила новый рекорд скорости продаж для игр Remedy, опередив Alan Wake 2 2 ч.
ИИ-модель Nvidia Nemotron 3.5 Super VL с пост-обучением превзошла Claude Opus 5 и GPT-6.1 Sol в специализированных задачах 7 ч.
Состоялся релиз стабильной Xiaomi HyperOS 4 для совместимых устройств, но пока без глобальной версии 11 ч.
Вышла FLUX 3 Image Klein с открытыми весами для генерации и редактирования изображений — она быстро работает даже на RTX 4070 11 ч.
Chrome разряжает ноутбук быстрее? Apple обещает до пяти лишних часов работы Mac с Safari 12 ч.
ИИ-агенты взламывали сайты и обманывали — теперь OpenAI и Anthropic будут объясниться с FTC 13 ч.
Шпионское ПО научилось заражать устройства через рекламу без единого клика — достаточно просто открыть сайт 15 ч.
Фильм Paramount по Cyberpunk 2077 не станет пересказом игры, а экранизация от создателей «Настоящего детектива» отменена 15 ч.
Sega снимет с продажи полное издание Total War: Shogun 2 и восстановит старую игру — новая версия заслужила в Steam «крайне отрицательные» отзывы 16 ч.
Googlebook — хорошие ноутбуки с сырой ОС: первые тесты выявили проблемы новой платформы Google 36 мин.
Google заключила 20-летний договор на закупку 702 МВт энергии топливных элементов Bloom в Вайоминге 2 ч.
Microchip представила коммутатор Switchtec PCIe 6.0, SSD-контроллер Flashtec 5016 и обновлённый RAID-адаптер Adaptec SmartRAID 4300 3 ч.
Amazon выпустила носимый ИИ-диктофон Bee Frontier и магнитный модуль Eclipse для смартфона 7 ч.
Новая статья: Сравнительный обзор 32-дюймовых мониторов Samsung Odyssey G80HS и G80SH: 6K IPS против 4K OLED 11 ч.
Sony выпустила позолоченный Walkman за $5900 — и объяснила, что золото тут не для красоты 12 ч.
Google заявила об «умственном» превосходстве роботов с ИИ-моделью Gemini 4 Argon над остальными 12 ч.
Новый аппаратный криптокошелек от Ledger — это Android-телефон без функций телефона 12 ч.
IBM и Siemens вместе научат инженеров проектировать чипы будущего — ангстремные и с наноштабелированием 13 ч.
NASA испытала морозостойкие лунные аккумуляторы — когда-то они могут улучшить земные электромобили 13 ч.