Et tilbageblik og fremad:En årtilang søgen efter en transformativ transistor

Smartphones indeholder milliarder af bittesmå kontakter kaldet transistorer, der giver os mulighed for at tage os af utallige opgaver ud over at foretage opkald – at sende tekster, navigere i kvarterer, tage selfies og google navne. Disse kontakter involverer en elektrisk ledende kanal, hvis ledningsevne kan ændres af en gateterminal, som er adskilt fra kanalen med en dielektrisk film, der kun er 5 til 6 atomer tyk.

Transistorer er blevet miniaturiseret i de sidste 50 år baseret på Moores lov, en observation om, at antallet af transistorer på en chip kan fordoble nogenlunde hver 18. måned, mens omkostningerne skæres i halve. Men vi er nu nået til det punkt, hvor transistorer ikke kan fortsætte med at blive skaleret yderligere.

I journalen Anvendt fysik bogstaver , forskere gennemgår negativ kapacitans felteffekttransistorer (NC-FET'er), et nyt enhedskoncept, der antyder, at traditionelle transistorer kan gøres meget mere effektive ved blot at tilføje et tyndt lag ferroelektrisk materiale. Hvis det virker, den samme chip kunne beregne meget mere, kræver dog mindre hyppig opladning af batteriet.

Teknologiens fysik bliver vurderet over hele verden og, i deres artikel, forskerne opsummerer state-of-the-art arbejde med NC FET'er og behovet for selvkonsistent og sammenhængende fortolkning af en række eksperimenter, der rapporteres i litteraturen.

"NC FET'er blev oprindeligt foreslået af min kollega professor Supriyo Datta og hans kandidatstuderende Sayeef Salahuddin, som nu er professor ved University of California, Berkeley, " sagde Muhammad Ashraful Alam, en professor i elektro- og computerteknik ved Purdue University.

Helt fra begyndelsen, Alam fandt konceptet med NC-FET'er spændende - ikke kun fordi det løser et presserende problem med at finde en ny elektronisk switch til halvlederindustrien, men også fordi det tjener som en begrebsramme for en bred klasse af faseovergangsenheder, der kollektivt kaldes "Landau-switche".

"For nylig, da min kollega og medforfatter professor Peide Ye eksperimentelt demonstrerede disse transistorer, det var en mulighed for at arbejde sammen med ham for at udforske dybt spændende funktioner ved denne enhedsteknologi, " sagde Alam. "Vores artikel opsummerer vores 'teoretiker-eksperimentalistiske' perspektiv vedrørende emnet."

Selvom hundredvis af artikler er blevet offentliggjort om emnet, ifølge forskerne, gyldigheden af ​​kvasistatisk NC og frekvens-reliabilitetsgrænserne for NC-FET diskuteres stadig heftigt.

Hvis endegyldigt demonstreret og integreret i moderne IC'er, virkningen af ​​NC-FET transistorerne vil være transformerende. "I betragtning af potentialet, der er behov for systematisk analyse af enhedskonceptet, " sagde Ye. "Vi fandt ud af, at data fra forskellige grupper har en bred spredning, og forskere bruger meget forskellige teknikker til at karakterisere deres enheder. Dette kræver en integreret og omfattende analyse af det eksisterende datasæt."

Forskerne håber, at deres arbejde vil bringe samfundet sammen for at foreslå måder at gøre koordinerede fremskridt hen imod at realisere denne lovende teknologi.