Исследователи из Кембриджского университета разработали новый транзистор из тонких пленок оксида индия, галлия и цинка, который работает на энергии из внешней среды. Как утверждается, уникальная конструкция транзистора позволит устройствам функционировать без батареи несколько месяцев или даже лет. Такая технология открывает широкие перспективы для развития носимой или имплантируемой электроники. Ученые представили результаты своего труда в журнале Science 21 октября 2016 года.
Оксид индия, галлия и цинка (IGZO), из которого состоит новая разработка инженеров из Кембриджа, – полупроводниковый материал, который используется для создания тонкопленочных транзисторов. С 2012 года такие транзисторы применялись в некоторых плоскопанельных дисплеях, смартфонах и планшетах. До сих пор IGZO-транзисторы не были запущены в массовое производство из-за дорогостоящего оборудования и достаточно длительного процесса создания одного образца. Возможно, что технология, которая использовалась для создания «кембриджского» образца, потребует меньших затрат.
IGZO-транзисторы работают по принципу компьютера в спящем режиме. Новый транзистор подпитывается мельчайшими токами утечки вблизи выключенного состояния. Эта утечка в точке контакта между металлическими и полупроводниковыми компонентами транзистора, так называемого «барьера Шоттки», является нежелательной характеристикой. Эта небольшая «порция» тока сравнима с тем, как вода капает из неисправного крана, и свойственна всем транзисторам. Ученым впервые удалось обратить этот недостаток в пользу и использовать функционально. Эта особенность новых транзисторов открывает новые возможности для проектирования системы Интернета вещей.
Транзисторы можно производить при низких температурах и печатать их на практически любом материале: от стекла и пластмассы до ткани и бумаги. Новый дизайн наполовину решает одну из главных проблем, препятствующих развитию транзисторов сверхнизкой мощности, а именно возможность производить их в очень маленьких размерах. Поскольку транзисторы становятся все меньше, два их электрода начинают влиять на поведение друг друга, а это означает, что меньше определенного размера транзисторы не будут работать так, как хотелось бы. Изменив конструкцию транзистора, исследователи из Кембриджа смогли использовать барьеры Шоттки так, чтобы электроды оставались независимыми друг от друга. Поэтому в ближайшем будущем можно будет производить транзисторы очень маленького размера.
Конструкция транзистора позволяет усилить сигнал. Рабочее напряжение транзистора составляет меньше вольта, с потреблением энергии ниже одной миллиардной ватта. Это сверхнизкое электропотребление делает их наиболее подходящими для применения там, где функциональность и долговечность важнее скорости. Что, собственно, и заложено в идее об Интернете вещей.
«Если устройство, изготовленное на базе новых транзисторов, запитать от обычной батарей типоразмера АА, то оно смогло бы проработать в течение миллиарда лет» — рассказывает ведущий автор исследования Сангсик Ли.
Источник: kurzweilai и GT