Разработан квантово-туннельный полевой транзистор, превосходящий термоэлектронный предел Больцмана.

31.08.2026 Следующее поколение микроэлектроники будет основано на радикальном улучшении характеристик переключения транзисторов для повышения вычислительной мощности. Однако традиционные полупроводниковые технологии достигли физического предела, известного как «тирания Больцмана», которая ограничивает энергоэффективность традиционных транзисторов и тормозит прогресс в области высокопроизводительной электроники. Чтобы устранить это ключевое препятствие, исследовательская группа из Гонконгского политехнического университета (PolyU) разработала новый туннельный полевой транзистор (ТПТ) с использованием двумерных (2D) наноматериалов. Это открытие приближает долгожданную экспериментальную технологию к коммерческой реализации, предлагая фундаментальный строительный блок для энергоэффективных вычислений и чипов искусственного интеллекта (ИИ) следующего поколения. Результаты исследования опубликованы в журнале Science. В Международной дорожной карте по устройствам и системам (International Roadmap for Devices and Systems, IRDS) в качестве наиболее перспективной альтернативы полевым МОП-транзисторам названы транзисторы на основе туннельного эффекта». Благодаря замене термоэлектронной эмиссии на квантовое туннелирование наш двумерный гетероструктурный транзистор преодолевает границу в 60 мВ на декаду⁻¹, превосходя стандартный предел для полевых МОП-транзисторов. Представленный транзистор открывает путь к сверхмаломощным высокопроизводительным интегральным схемам, необходимым для новых чипов искусственного интеллекта и передовых полупроводниковых технологий. Чтобы устранить ограничения в производительности предыдущих разработок в области транзистора на полевых транзисторах, команда исследователей создала ультратонкую гетероструктуру из чередующихся слоев двумерного висмута (Bi) и селенида индия (InSe) с помощью метода импульсного лазерного осаждения (ИЛО). Осуществляя точный контроль над структурой слоя на наноуровне, полуметаллический висмут обычно превращается в полупроводник в 2D-форме, создавая идеальное выравнивание энергетических зон для эффективного туннелирования носителей заряда в InSe с помощью механизма квантового туннелирования. В результате в TFET на основе Bi/InSe значения SS оказались значительно ниже термоэлектронного предела в 60 мВ на декаду⁻¹ при шести порядках величины переключения тока. Для работы устройства при комнатной температуре на стандартных кремниевых подложках сантиметрового масштаба требовался диапазон напряжения на затворе всего в 160 мВ — намного меньше, чем 800 мВ, необходимых для современных полевых МОП-транзисторов. https://russianelectronics.ru/razrabotan-kvantovo-tunnelnyj-polevoj-tranzistor/