Технология сжатия транзисторов способствует повышению КПД

Новый вид транзисторов может привести к снижению энергопотребления чипов. Несмотря на то, что данный тип электронных компонентов обладает значительными утечками тока, использование пьезоэлектрического материала в технологии производства транзисторов сможет снизить эти негативные эффекты в 5 раз.

Исследователи университета Твенте и компании SolMateS разработали прототип транзистора, который согласно их мнению, сможет решить проблемы утечек в неактивном состоянии компонента и снизить потребление питания в активном режиме. Энергопотребление может быть снижено примерно на 10%.

Исследование проведено специалистами университета Твенте: Букетом Калели, Рэем Хутингом и Робом Уолтерсом. Сотрудники компании SolMateS внедрили пьезоэлектрический слой в тело транзистора. В июньской статье «Transactions on Electron Devices» была представлена презентация работы.

Смысл работы заключается в использовании пьезоэлектрического материала, который расширяется при подаче к нему напряжения, сжимая кремниевый слой внутри транзистора с давлением около 10 тыс. атм. Такое высокое давление гарантирует более быстрое прохождение электронов через транзистор. Таким образом, правильный алгоритм сжатия компонента может повысить эффективность микрочипов.

Между прочим, в некоторых существующих транзисторах уже применяется повышенное давление для повышения эффективности работы. Однако давление применяется на этапе сборки и остаётся постоянным, что наоборот повышает ток утечки. В новом прототипе давление создаётся лишь в моменты, когда это необходимо – это играет большую роль. Электрический ток, необходимый для переключения транзистора, в таком случае частично заменяется механическим напряжением.

На рисунке показаны небольшие кремниевые стержни с прямоугольным сечением, через которые проходит ток транзистора. Кремниевые стержни окружены тонкими слоями изолятора и проводника, а также пьезоэлектрическим материалом. Проводящие слои управляют силой механического сжатия, а также количеством электронов в кремниевых стержнях. Таким способом может включаться и выключаться питание.

Это первый прототип, который уже ведёт к экономии энергии. По словам Рэя Хутинга, конструкция транзистора довольно «сырая». Дальнейшее развитие компонента должно привести к значительному повышению эффективности.

Принцип работы нового транзистора теоретически предсказывался в 2013 году этой же исследовательской группой. Но изначально не было уверенности в успехе решения, поскольку пьезоэлектрические материалы и кремний – плохо сочетаются. Исследователи решили эту проблему введением буферного слоя между двумя материалами.