Новый германий-оловянный транзистор — шаг на пути к оптической передаче данных на кристалле

Ученые из Forschungszentrum Jülich изготовили транзистор нового типа из сплава германия и олова, который имеет ряд преимуществ по сравнению с обычными переключающими элементами. Носители заряда могут двигаться в материале быстрее, чем в кремнии или германии, что позволяет работать при более низких напряжениях. Таким образом, транзистор кажется многообещающим кандидатом для будущих маломощных высокопроизводительных чипов и, возможно, также для разработки будущих квантовых компьютеров.


За последние 70 лет количество транзисторов на кристалле удваивалось примерно каждые два года — в соответствии с законом Мура, который действует и сегодня. Схемы соответственно стали меньше, но конец этому развитию, похоже, уже близок. Уже давно ученые ищут замену кремнию, основному материалу, используемому в полупроводниковой промышленности.


— Цин-Тай Чжао из Института Петера Грюнберга.

В основном внимание исследователей сосредоточено на германии, который уже использовался в первые дни компьютерной эры. Электроны в германии могут двигаться намного быстрее, чем в кремнии, по крайней мере теоретически. Однако Цин-Тай Чжао и его коллеги пошли еще дальше. Чтобы еще больше оптимизировать электронные свойства, они включили атомы олова в кристаллическую решетку германия. Метод был разработан несколько лет назад в Институте Петера Грюнберга (PGI-9) исследовательского центра Юлиха.


 — Цин-Тай Чжао.



Еще одним преимуществом нового сплава материала является то, что он совместим с существующим процессом изготовления микросхем КМОП. Германий и олово принадлежат к той же основной группе периодической таблицы, что и кремний. Таким образом, германий-оловянные транзисторы можно интегрировать непосредственно в обычные кремниевые чипы на существующих производственных линиях.

Высокий потенциал для компьютеров будущего

Помимо классических цифровых компьютеров, квантовые компьютеры также могут извлечь выгоду из германий-оловянного транзистора. Много раз предпринимались попытки интегрировать части управляющей электроники непосредственно в квантовый чип, который работает внутри квантового компьютера при температурах, близких к абсолютному нулю. Измерения показывают, что транзистор из германия и олова будет работать в этих условиях значительно лучше, чем транзистор из кремния.


— Цин-Тай Чжао.

Кроме того, германий-оловянный транзистор является еще одним шагом на пути к оптической передаче данных на кристалле. Передача информации с помощью световых сигналов уже является стандартной во многих сетях передачи данных, поскольку она значительно быстрее и энергоэффективнее, чем передача данных по электрическим проводам. Однако в области микро- и наноэлектроники данные обычно по-прежнему передаются с помощью электричества.

Коллеги из юлихской рабочей группы уже разработали германий-оловянный лазер, открывающий возможность оптической передачи данных непосредственно на кремниевый чип. Наряду с этими лазерами германий-олово транзистор обеспечивает многообещающее решение для монолитной интеграции наноэлектроники и фотоники на одном чипе.