Czy standardowe układy elektroniczne zdolne bez problemu pracować przy temperaturach przekraczających 300°C, w ekstremalnym promieniowaniu czy w pobliżu rdzeni reaktorów jądrowych? Nie bardzo, ich czas "przeżycia" możnaby liczyć w takich warunkach w minutach. Natomiast dzięki naukowcom z japońskiego Narodowego Instytutu Badań nad Materiałami (oryg. skrót: NIMS), nie będziemy mieć z tym problemu. Powstał pierwszy na świecie n-kanałowy diamentowy tranzystor MOSFET.
Diament kojarzy się przede wszystkim z luksusową biżuterią, jednak naukowcy od dawna widzieli w nim rozwiązanie pewnych problemów układów elektronicznych. Wyróżniają go m.in. ultraszerokie pasmo wzbronione wynoszące aż 5,5 eV, wysoka przewodność cieplna oraz imponująca ruchliwość nośników. Nic dziwnego, że diament stał się materiałem marzeń dla przemysłu elektronicznego. Szczególnie tam, gdzie tradycyjne półprzewodniki zawodzą – w środowiskach ekstremalnych, wymagających ogromnej trwałości i odporności.
Naukowcy od lat poszukiwali skutecznych metod wykorzystania diamentu w elektronice. W praktyce potrzebne były tranzystory MOSFET zarówno z kanałem typu p, jak i typu n, aby stworzyć kompletne układy scalone CMOS. I właśnie brak tranzystora z kanałem typu n stanowił poważną przeszkodę w rozwoju technologii o podwyższonej odporności – aż do teraz.
Zespół naukowców z NIMS stworzył pierwszy na świecie tranzystor MOSFET typu n oparty na diamencie. Wykorzystując metodę domieszkowania diamentu fosforem w bardzo niskim stężeniu, badacze uzyskali monokrystaliczne warstwy półprzewodnikowe o wyjątkowo gładkiej powierzchni na poziomie atomowym. Tak udało się znacząco obniżyć rezystancję styku źródła i drenu, co pozwoliło na prawidłową i efektywną pracę całego urządzenia.
Potwierdzenie działania tranzystora nastąpiło poprzez testy temperaturze 300°C, gdzie tranzystor osiągnął ruchliwość polową około 150 cm²/V·s – to wynik znakomity, znacząco przewyższający możliwości obecnych materiałów półprzewodnikowych stosowanych w ekstremalnych warunkach.
Opracowanie pierwszego diamentowego tranzystora MOSFET typu n otwiera drogę do rewolucji w energoelektronice, spintronice, oraz systemach MEMS działających w trudnych warunkach. Wynalazek pozwoli na tworzenie układów elektronicznych zdolnych do tworzenia układów monolitycznych, czyli takich, gdzie mieścimy wszystko, co potrzebne na jednym chipie. To zaś radykalnie zwiększy wydajność energetyczną urządzeń oraz zmniejszy konieczność stosowania złożonych systemów chłodzenia.
W ten oto sposób możliwe stanie się stworzenie układów scalonych, które z powodzeniem znajdą zastosowanie nie tylko w naprawdę ekstremalnych środowiskach: od kosmosu po reaktory jądrowe, ale także w zaawansowanych systemach zarządzania energią w samochodach elektrycznych oraz lotnictwie.
Czytaj również: Jak ”wykraść“ diamenty z Urana? Ten sposób jest… brutalny
Mimo ogromnych zalet diamentowych tranzystorów MOSFET typu n naukowcy muszą rozwiązać jeszcze kilka problemów. Chodzi m.in. o skalowanie produkcji, koszty wytwarzania czy konieczność dalszej optymalizacji procesów. Potencjał rozwiązania jest na tyle duży, że po prostu nie możemy sobie tego pokpić. Przemysł czekał na coś takiego całymi latami i... wreszcie się doczekał.
Stworzenie pierwszego na świecie n-kanałowego diamentowego tranzystora MOSFET przez naukowców z NIMS to przełom, który odbywa się w odpowiednim momencie. Komputery zyskają rozwiązania pochodzące wprost z przepięknych, aczkolwiek i bardzo użytecznych diamentów. A to nie koniec, bo naukowcy najpewniej będą kontynuować obecne sukcesy i nie spoczną na laurach. Niemniej, przed nimi i tak sporo roboty przy obecnym rozwiązaniu.
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
