Баллистические отклоняющие транзисторы ( BDT ) - это электронные устройства, разработанные с 2006 г. [1] для быстродействующих интегральных схем , которые представляют собой набор схем, ограниченных полупроводниковым материалом. Они используют электромагнитные силы вместо логического элемента , устройства, используемого только для определенных входов, для переключения сил электронов. Уникальная конструкция этого транзистора включает отдельные электроны, отскакивающие от препятствий в форме клина, называемых дефлекторами. [2] Первоначально ускоренные электрическим полем, электроны затем направляются по их соответствующим траекториям за счет электромагнитного отклонения.. Таким образом, электроны могут перемещаться, не рассеиваясь на атомах или дефектах, что приводит к повышению скорости и снижению энергопотребления. [3]
Цель
Транзистор с баллистическим отклонением будет иметь важное значение, действуя как линейный усилитель, так и как переключатель для протекания тока на электронных устройствах, который можно использовать для поддержания цифровой логики и памяти. Скорость переключения транзисторов сильно зависит от того, насколько быстро носители заряда (обычно электроны) могут переходить из одной области в другую. По этой причине исследователи хотят использовать баллистическую проводимость, чтобы сократить время перемещения носителей заряда. [3] Обычные МОП-транзисторы также рассеивают много тепла из-за неупругих столкновений электронов и должны быстро переключаться, чтобы сократить интервалы времени, когда выделяется тепло, что снижает их полезность в линейных схемах. [2]
Преимущества
Одним из преимуществ транзистора баллистического отклонения является то, что, поскольку такое устройство будет потреблять очень мало энергии (реализуя адиабатическую схему ), оно будет выделять меньше тепла и, следовательно, сможет работать быстрее или с более высоким рабочим циклом. Таким образом, его будет легче использовать в различных приложениях. Эта конструкция также снизит электрический шум, исходящий от электронных устройств. [2] Наряду с повышенной скоростью, другим преимуществом баллистического отклоняющего транзистора является то, что он может использоваться как в линейном усилителе, так и в переключателе. [3] Кроме того, транзисторы баллистического отклонения по своей сути малы, потому что только небольшой размер позволяет снизить роль механизмов, ответственных за неупругое рассеяние электронов, обычно преобладающих в более крупных устройствах. [4]
Альтернативные подходы к баллистической проводимости
Целью многих лабораторий по всему миру является создание переключателей и усилителей, которые могут работать быстрее, чем современные технологии. [3] В частности, электроны внутри устройства должны демонстрировать поведение баллистической проводимости . [5] В настоящее время кремниевый МОП- полевой транзистор (МОП-транзистор) является основной и ведущей схемой. Однако исследователи предсказывают, что поиск идеального полупроводника уменьшит размеры транзистора даже ниже размеров, наблюдаемых в нынешнем поколении кремниевых транзисторов, что приведет ко многим нежелательным эффектам, снижающим производительность МОП-транзисторов. [3] С начала 1960-х годов проводились исследования, направленные на баллистическую проводимость , которые привели к созданию современных диодов металл-изолятор-металл , но не смогли создать трехконтактный переключатель. [3] Другой подход к баллистической проводимости заключался в уменьшении рассеяния за счет снижения температуры, что приводило к сверхпроводящим вычислениям . [4] Баллистический отклоняющий транзистор представляет собой новейшую (в 2006 г.) конструкцию, созданную на предприятии Cornell Nanofabrication Facility , с использованием двумерного электронного газа в качестве проводящей среды. [2]
Более раннее устройство с вакуумной трубкой, называемое трубкой отклонения луча, обладало аналогичными функциями, основанными на аналогичном принципе.
Рекомендации
- ^ Квентин Дидак; Мартин Маргала; Марк Дж. Фельдман (20 ноября 2006 г.). Терагерцовый транзистор на основе геометрического отклонения баллистического тока . Дайджест Международного микроволнового симпозиума IEEE MTT-S . С. 345–347. DOI : 10.1109 / MWSYM.2006.249522 . ISBN 978-0-7803-9541-1. S2CID 8542845 .
- ^ а б в г Шервуд, Джонатан. «Радикальный чип« баллистических вычислений »отскакивает электроны, как бильярд» . Архивировано из оригинального 24 февраля 2013 года . Проверено 17 августа 2006 года .
- ^ а б в г д е Белл, Труди Э. (февраль 1986 г.). «Стремление к баллистическому действию». IEEE Spectrum . 2. 23 (2): 36–38. Bibcode : 1986IEEES..23 ... 36B . DOI : 10.1109 / mspec.1986.6370997 . S2CID 36115685 .
- ^ а б Натори, Кендзи (6 июля 1994 г.). «Баллистический металл-оксидный полупроводниковый полевой транзистор» . Журнал прикладной физики . 76 (8): 4879–4890. Bibcode : 1994JAP .... 76.4879N . DOI : 10.1063 / 1.357263 . hdl : 2241/88704 .
- ^ Дьяконов, Михаил; Майкл Шур (11 октября 1993 г.). "Аналогия с мелкой водой для транзистора с баллистическим полевым эффектом: новый механизм генерации плазменных волн постоянным током". Письма с физическим обзором . 71 (15): 2465–2468. Bibcode : 1993PhRvL..71.2465D . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.71.2465 . PMID 10054687 .