Текст уведомления здесь

Физики нашли «эффект памяти» у одноэлектронных транзисторов

Группа физиков, включая сотрудников МФТИ, представила исследование электрических свойств одноэлектронных транзисторов. Ученые предсказали появление у входящего в состав устройства диэлектрика «эффекта памяти», который может понадобиться в разработке запоминающих устройств для микроэлектроники.
Добавить в закладки
Комментарии
Исследователи с кафедры теоретической физики МФТИ, ФИАН, Калифорнийского государственного университета, Института физики высоких давлений РАН, Института теоретической физики имени Ландау и Института физики микроструктур опубликовали в журнале Physical Review B статью, посвященную моделированию диэлектрического слоя в одноэлектронном транзисторе — устройстве, которое позволяет манипулировать отдельными электронами. Кратко об исследовании сообщает пресс-служба МФТИ.

Открытый «эффект памяти» связан с поляризацией диэлектрика и с тем, что наведенные заряды какое-то время остаются в материале после исчезновения внешнего поля. Физики предсказали, что при правильном подборе материалов (например, титанате бария — веществе, используемом в производстве керамических конденсаторов и пьезоэлементов) эффект должен наблюдаться при комнатной температуре, и на его основе возможно создание ячеек памяти для перспективных компьютерных систем.

Пример одноэлектронного транзистора: снимок под электронным микроскопом и аннотированный рисунок на его основе. Source — исток, drain — сток, island — затвор. Иллюстрация: Torsten Henning / Wikimedia.


Одноэлектронный транзистор подобен обычному транзистору — электронной детали с тремя контактами. Если на контакт, называемый затвором, подается электрическое напряжение, транзистор пропускает ток между двумя другими контактами: истоком и стоком. Переключаясь между двумя режимами — «ток есть» и «тока нет», транзистор может выполнять логические операции. В настоящее время без транзисторов невозможна работа всей современной электроники (например, усилителей и коммутаторов).

Эффект управления электрическим током в обычном транзисторе реализован за счет соединения вместе полупроводниковых материалов с разными свойствами (на их границе возникает блокирующее протекание тока электрическое поле), но в одноэлектронном транзисторе ключевую роль играют иные механизмы. Одноэлектронный транзистор построен на основе микроскопической площадки, «островка», из окруженного со всех сторон диэлектриком проводника.

Титанат бария, активно используемый при изготовлении керамических конденсаторов диэлектрик. Возможно, новая работа со временем повлечет рост интереса к этому материалу. Рисунок: Groer / Wikimedia


Подавая напряжение на затвор, можно управлять энергией электронов на «островке», и, когда она достигает определенного значения, становится возможным квантовое туннелирование электронов через изолирующий зазор. Поэтому одноэлектронный транзистор интересен ученым и как экспериментальная установка для фундаментальных экспериментов, и как перспективный элемент микроэлектроники будущего.

В теории одноэлектронного транзистора зазоры между «островком» и всеми тремя контактами — истоком, стоком и управляющим протеканием тока затвором — рассматриваются в качестве электрических конденсаторов. У них у всех есть диэлектрическая прослойка и проводящие обкладки, в роли которых выступает либо поверхность контакта, либо поверхность «островка». Емкость каждого такого конденсатора зависит от диэлектрической проницаемости среды между ними, и в первом приближении (т.е. с возможностью пренебречь изменением величины в рамках базовых расчетов) эта диэлектрическая проницаемость постоянна.

Проведенные учеными расчеты показывают, что входящие в состав одноэлектронного транзистора конденсаторы должны обладать «эффектом памяти». Это значит, что проводимость зазора между контактами устройства и «островком» не просто меняется вместе с зарядом на «островке», но эти изменения еще и зависят от направления процесса. То есть если напряжение на затворе увеличивается, то проводимость сначала плавно растет, а потом резко, скачком, падает. Но если напряжение уменьшается, то сначала идет плавное увеличение проводимости, а потом — резкий скачок (это иллюстрирует график ниже).

График изменения проводимости диэлектрического слоя в зависимости от заряда конденсатора. Эта величина зависит не только от заряда в данный момент, но и от того, каков был заряд конденсатора ранее. Пресс-служба МФТИ

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы