Технологии ламповой эры возрождаются в сверхбыстрых устройствах нового поколения

Триумфальное возвращение?

Со времени изобретения в сороковых-пятидесятых годах таких микроэлектронных устройств, как транзисторы и интегральные микросхемы, полупроводники служили базой для любой электроники. Однако возможности современных микроэлектронных устройств ограничены их природными свойствами – такими как запрещенная зона и скорость движения электрона. Найдя способ обойтись без полупроводников в микроэлектронике, команда ученых из Калифорнийского университета в Сан-Диего может поставить эти рестрикции под вопрос.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, Ибрахим Форати и его коллеги сообщили о разработке первого микроэлектронного устройства с лазерным управлением, не содержащего полупроводников. Его работа основывается на использовании свободных электронов подобно тому, как это происходило в электронных лампах задолго до наступления эпохи полупроводников. Разница заключается в том, что исследователям удается выбивать электроны для создания тока в наномасштабном пространстве.

Существующим ламповым технологиям требуются высокие напряжение и температура или мощные лазеры для перевода электронов в свободное состояние; все эти требования непросто обеспечить в условиях малых габаритов микроэлектронных устройств. Чтобы обойти ограничение, исследователи из Сан-Диего сконструировали наноструктуру из золотых «грибов» со смежными параллельными полосками из золота. Используя невысокое напряжение (10 В) и маломощный лазер, они сумели выбить из металла электроны.

Инновационная система, созданная учеными, обеспечивает стократное повышение проводимости, достаточное для того, чтобы «реализовать открытые и закрытые состояния; иначе говоря, данная структура работает как оптический переключатель», – говорится в отчете об исследовании.

Повышение проводимости

Разработанная исследователями технология способна создавать меньшее сопротивление, благодаря чему возможна передача большей мощности – достаточной для замены полупроводников в транзисторах, усилителях мощности или фотоэлементах. Она может применяться в таких областях, как солнечная энергетика, охрана окружающей среды и разработка вооружений – последнее неудивительно, поскольку проект финансировался Управлением перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA).

«Теперь нам нужно понять, до какой степени можно масштабировать такие устройства, и каковы пределы их производительности», – говорит Дэн Сивенпайпер, один из исследователей. Если удастся сделать эту технологию достаточно доступной и пригодной для широкого применения, она способна сделать революцию в потребительской электронике и даже обойти ограничения закона Мура.

UC San Diego, Jacobs School of Engineering