Потенциально частоту нового транзистора можно довести до 1 ТГц
Китайские ученые сообщили о создании нового типа транзистора, который может стать важным шагом на пути к электронике следующего поколения. Исследователи из Института металлов Китайской академии наук совместно с рядом научных центров страны разработали первый в мире кремний-графен-германиевый барьерный транзистор с очень высокой частотой.
Развитие мобильной связи, интернета вещей и высокоскоростных беспроводных сетей требует все более быстрых полупроводниковых компонентов. Одной из ключевых целей отрасли считается преодоление рубежа в 1 ТГц — это примерно в десять раз выше частот, на которых работают современные мобильные сети. Однако традиционные высокочастотные транзисторы уже постепенно подходят к своим физическим ограничениям, поэтому ученые активно ищут новые архитектуры и материалы.
Китайские исследователи предложили необычную конструкцию, объединив в одном устройстве кремний, германий и однослойный графен. Сначала на германиевой подложке был выращен монокристаллический слой графена размером с полноценную кремниевую пластину, после чего сверху разместили тонкую монокристаллическую пленку кремния. Такая многослойная структура позволила использовать особенности графена для более эффективного управления движением электронов внутри транзистора.
Главным результатом стала чрезвычайно высокая способность усиливать электрический сигнал. Коэффициент усиления тока достиг значения 18 миллионов, что, по данным авторов работы, является мировым рекордом для подобных устройств. То есть даже очень слабый входной сигнал может быть многократно усилен без существенных потерь.
Во время испытаний транзистор продемонстрировал частоту 132 ГГц — один из лучших показателей среди вертикальных транзисторов на основе двумерных материалов. При этом компьютерное моделирование показало, что дальнейшая оптимизация конструкции, снижение сопротивления контактов и настройка параметров материалов теоретически позволят преодолеть рубеж в 1 ТГц.
Исследователи считают, что новая архитектура открывает путь к созданию сверхбыстрых микросхем для будущих систем связи, радаров, датчиков и вычислительных устройств.