Los investigadores han informado de un transistor de fósforo negro que se puede utilizar como un interruptor alternativo de potencia ultrabaja. Un equipo de investigación dirigido por el profesor Sungjae Cho en el Departamento de Física de KAIST desarrolló un transistor de efecto de campo de túnel de fósforo negro de espesor controlado TFET que muestra un consumo de energía de conmutación 10 veces menor, así como un consumo de energía en espera 10,000 veces menor que los transistores de semiconductores de óxido de metal CMOS complementarios convencionales.
El equipo de investigación dijo que desarrollaron transistores rápidos y de baja potencia que pueden reemplazar a los transistores CMOS convencionales. En particular, resolvieron problemas que han degradado la velocidad y el rendimiento de la operación TFET, allanando el camino para extender la Ley de Moore.
En el estudio presentado en Nanotecnología de la naturaleza el mes pasado, el equipo del profesor Cho informó un TFET heterounión natural con un grosor de capa espacialmente variable en fósforo negro sin problemas de interfaz. Alcanzaron valores de oscilación promedio bajo récord por debajo de 4-5 dec de corriente y corriente en estado alto récord, lo que permite que los TFET funcionen tan rápido como los transistores CMOS convencionales con un consumo de energía mucho menor.
"Desarrollamos con éxito el primer transistor que logró los criterios esenciales para una conmutación rápida y de baja potencia. Nuestros TFET recientemente desarrollados pueden reemplazar a los transistores CMOS resolviendo un problema importante relacionado con la degradación del rendimiento de los TFET", dijo el profesor Cho.
La reducción progresiva continua de los transistores ha sido la clave para el desarrollo exitoso de la tecnología de la información actual. Sin embargo, con la Ley de Moore llegando a sus límites debido al aumento del consumo de energía, el desarrollo de nuevos diseños de transistores alternativos ha surgido como una necesidad urgente.
La reducción del consumo de energía de conmutación y de espera mientras se aumentan los transistores requiere superar el límite termiónico de oscilación del subliminal, que se define como el voltaje requerido por cada aumento de corriente de diez veces en la región del subliminal. Para reducir tanto la potencia de conmutación como la de esperade los circuitos CMOS, es fundamental reducir la oscilación subliminal de los transistores.
Sin embargo, existe un límite de oscilación fundamental del umbral inferior de 60 mV / dec en los transistores CMOS, que se origina en la inyección del portador térmico. La Hoja de ruta internacional para dispositivos y sistemas ya ha predicho que se necesitarán nuevas geometrías de dispositivos con nuevos materiales más allá de CMOS para abordarDesafíos de escalado de transistores en el futuro cercano. En particular, los TFET se han sugerido como una alternativa importante a los transistores CMOS, ya que la oscilación subliminal en los TFET se puede reducir sustancialmente por debajo del límite termiónico de 60 mV / dec. Los TFET funcionan a través de túneles cuánticos, queno limita la oscilación del subliminal como en la inyección térmica de transistores CMOS.
En particular, los TFET de heterounión son muy prometedores para proporcionar un oscilación bajo del umbral bajo y una corriente alta en estado encendido. Una corriente alta en estado es esencial para la operación rápida de los transistores, ya que cargar un dispositivo en estado encendido toma más tiempo con corrientes más bajas.A diferencia de las expectativas teóricas, los TFET de heterounión previamente desarrollados muestran una corriente en estado 100-100,000x menor velocidades de operación 100-100,000x más lentas que los transistores CMOS debido a problemas de interfaz en la heterounión. Esta baja velocidad de operación impide el reemplazo de transistores CMOS con bajaTFET de potencia.
El profesor Cho dijo: "Hemos demostrado por primera vez, a lo mejor de nuestro conocimiento, la optimización TFET para operaciones rápidas y de ultra baja potencia, que es esencial para reemplazar los transistores CMOS para aplicaciones de baja potencia".dijo que está muy contento de extender la Ley de Moore, que eventualmente puede afectar a casi todos los aspectos de la vida y la sociedad. Este estudio fue respaldado por la Fundación Nacional de Investigación de Corea.
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Materiales proporcionado por El Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea KAIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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