Транзистор баллистического отклонения
Транзисторы баллистического отклонения ( БДТ ) — электронные устройства, разрабатываемые с 2006 года. [1] для быстродействующих интегральных схем , которые представляют собой набор схем, ограниченных полупроводниковым материалом. Они используют электромагнитные силы вместо логического элемента , устройства, используемого исключительно для определенных входов, для переключения сил электронов. Уникальная конструкция этого транзистора включает в себя отдельные электроны, отскакивающие от клиновидных препятствий, называемых дефлекторами. [2] Первоначально ускоряемые электрическим полем, электроны затем направляются по своим траекториям за счет электромагнитного отклонения . Таким образом, электроны могут перемещаться, не рассеиваясь на атомах или дефектах, что приводит к увеличению скорости и снижению энергопотребления. [3]
Цель
[ редактировать ]Транзистор баллистического отклонения мог бы сыграть важную роль как в качестве линейного усилителя, так и в качестве переключателя тока в электронных устройствах, которые можно было бы использовать для поддержания цифровой логики и памяти. На скорость переключения транзистора сильно влияет то, насколько быстро носители заряда (обычно электроны) могут переходить из одной области в другую. По этой причине исследователи хотят использовать баллистическую проводимость , чтобы улучшить время прохождения носителей заряда. [3] Обычные МОП-транзисторы также рассеивают много тепла из-за неупругих столкновений электронов и должны быстро переключаться, чтобы сократить временные интервалы выделения тепла, что снижает их полезность в линейных схемах. [2]
Преимущества
[ редактировать ]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 уменьшит электрический шум, исходящий от электронных устройств. [2] Помимо увеличенной скорости, еще одним преимуществом транзистора баллистического отклонения является то, что его можно использовать как в линейном усилителе, так и в переключателе. [3] Кроме того, транзисторы баллистического отклонения по своей природе малы, поскольку только малый размер позволяет уменьшить роль механизмов, ответственных за неупругое рассеяние электронов, которые обычно доминируют в более крупных устройствах. [4]
Альтернативные подходы к баллистической проводимости
[ редактировать ]Целью многих лабораторий по всему миру является создание переключателей и усилителей, которые смогут работать быстрее, чем современные технологии. [3] В частности, электроны внутри устройства должны демонстрировать баллистическую проводимость . [5] В настоящее время кремниевый МОП -полевой транзистор (MOSFET) является основной и ведущей схемой. Однако исследователи предсказывают, что поиск идеального полупроводника уменьшит размеры транзистора даже ниже размеров, наблюдаемых в кремниевых транзисторах нынешнего поколения, что приведет к множеству нежелательных эффектов, снижающих производительность МОП-транзисторов. [3] С начала 1960-х годов проводились исследования баллистической проводимости , которые привели к созданию современных диодов металл-изолятор-металл , но не удалось создать трехконтактный переключатель. [3] Другой подход к баллистической проводимости заключался в уменьшении рассеяния за счет снижения температуры, что привело к созданию сверхпроводящих вычислений . [4] Транзистор баллистического отклонения представляет собой недавнюю (в 2006 году) конструкцию, созданную Корнеллским центром нанопроизводства , в которой используется двумерный электронный газ . в качестве проводящей среды [2]
Более раннее устройство на вакуумной трубке, называемое трубкой отклонения луча, обеспечивало аналогичную функциональность, основанную на аналогичном принципе.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Квентин Дидак; Мартин Маргала; Марк Дж. Фельдман (20 ноября 2006 г.). «Терагерцовый транзистор на основе геометрического отклонения баллистического тока». Дайджест Международного симпозиума по микроволновому оборудованию IEEE MTT-S, 2006 г. стр. 345–347. дои : 10.1109/MWSYM.2006.249522 . ISBN 978-0-7803-9541-1 . S2CID 8542845 .
- ^ Jump up to: а б с д Шервуд, Джонатан. «Радикальный чип «баллистических вычислений» отскакивает от электронов, как бильярд» . Архивировано из оригинала 24 февраля 2013 года . Проверено 17 августа 2006 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Белл, Труди Э. (февраль 1986 г.). «В поисках баллистического действия». IEEE-спектр . 2. 23 (2): 36–38. Бибкод : 1986IEEES..23...36B . дои : 10.1109/mspec.1986.6370997 . S2CID 36115685 .
- ^ Jump up to: а б Натори, Кендзи (6 июля 1994 г.). «Баллистический металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор» . Журнал прикладной физики . 76 (8): 4879–4890. Бибкод : 1994JAP....76.4879N . дои : 10.1063/1.357263 . hdl : 2241/88704 .
- ^ Дьяконов, Михаил; Майкл Шур (11 октября 1993 г.). «Аналогия баллистического полевого транзистора на мелководье: новый механизм генерации плазменных волн постоянным током». Письма о физических отзывах . 71 (15): 2465–2468. Бибкод : 1993PhRvL..71.2465D . дои : 10.1103/PhysRevLett.71.2465 . ПМИД 10054687 .