Energetická účinnost i možné využití v kvantových počítačích a optoelektronice.
Na Helmholtz Nano Facility v německém vědeckém centru Forschungszentrum Jülich vyrobili nový typ tranzistoru, který má mít oproti běžným spínacím prvkům několik výhod. Nosiče náboje se v tomto materiálu mohou pohybovat rychleji než v křemíku nebo germaniu, což umožňuje nižší provozní napětí. Tranzistor se tak jeví jako slibný kandidát pro budoucí čipy s nízkou spotřebou energie a s vysokým výkonem a možná také pro vývoj budoucích kvantových počítačů.
S germaniem se experimentovalo již v počátcích počítačové éry, slitina s cínem je ovšem novinkou. Při experimentech vykazuje tranzistor ze slitiny pohyblivost elektronů 2,5krát vyšší než u srovnatelného tranzistoru z čistého germania.
Cín stejně jako germanium leží v jedné skupině periodické tabulky s křemíkem. Slitina je díky podobnosti všech těchto prvků kompatibilní se stávajícím procesem CMOS pro výrobu čipů, takže germanium-cínové tranzistory by mohly být integrovány přímo do běžných křemíkových čipů pomocí stávajících výrobních linek.
Co se týče možného využití materiálu v kvantových technologiích, zde se mají objevit výhody při integraci částí řídicí elektroniky přímo na kvantový čip, který pracuje uvnitř kvantového počítače při teplotách blízkých absolutní nule. Provedená měření zatím naznačují, že tranzistor vyrobený z germania a cínu bude za těchto podmínek fungovat výrazně lépe než křemíkový.
„Výzvou je najít polovodič, jehož spínání může být za velmi nízkých teplot velmi rychlé i při nízkých napětích,“ uvádí spoluautor studie Qing-Tai Zhao. U křemíku se tato spínací křivka zplošťuje pod 50 K; pak tranzistory potřebují vysoké napětí, a tedy i vysoký výkon, což v konečném důsledku vede k selhávání citlivých kvantových bitů kvůli zahřívání. Slitina germanium-cín funguje lépe až do teploty 12 K a existuje naděje na využití tohoto materiálu i při ještě nižších teplotách.
Germanium-cínový tranzistor by navíc mohl představovat další krok k optickému přenosu dat na čipu. V Jülichu již dříve vyvinuli germanium-cínový laser, který otevírá možnost přenášet data opticky přímo na křemíkovém čipu. Germanium-cínový tranzistor spolu s těmito lasery představuje slibné řešení pro monolitickou integraci nanoelektroniky a fotoniky na jednom čipu, uvádí průvodní tisková zpráva.
Mingshan Liu et al, Vertical GeSn nanowire MOSFETs for CMOS beyond silicon, Communications Engineering (2023). DOI: 10.1038/s44172-023-00059-2
Zdroj: Forschungszentrum Juelich / TechXplore.com