Naukowcy z uniwersytetów Purdeu i Harvarda stworzyli nowy typ tranzystora wykonany z materiałów, które mogłyby zastąpić krzem. W przeciwieństwie do tradycyjnych płaskich chipów posiada budowę przestrzenną.
Nowe podejście pozwala inżynierom budować szybciej bardziej wydajne układy scalone, w tym także laptopy, które mogą generować mniej ciepła. Tranzystory zawierają nanodruty, które nie są wykonane z krzemu jak zwykłe tranzystory, ale z materiału o nazwie indium-gallium-arsenide.
Urządzenie zostało stworzone przy użyciu metody "top-down", która jest zbliżona do procesów przemysłowych. Ponieważ podejście jest zgodne z konwencjonalnymi procesami produkcyjnymi, obiecujące jest przyjęcie przez przemysł.
Nowa generacja układów krzemowych komputera, ze względu na debiut w 2012 roku, będzie zawierać tranzystory o strukturze pionowej zamiast tradycyjnych konstrukcji płaskich. Jednakże, ponieważ krzem ma ograniczoną "ruchliwość elektronów", wkrótce będą potrzebne inne materiały aby kontynuować postęp w tranzystorach z podejściem przestrzennym.
Indium-galliom-arsenide jest jednym z kilku obiecujących badanych półprzewodników mających zastąpić krzem. Takie półprzewodniki są nazywane materiałami III-V, ponieważ łączą w sobie elementy z trzeciej i piątej grupy układu okresowego. Przemysł i uczelnie ścigają się w rozwoju tranzystorów III-V. Naukowcy wytworzylu pierwszy tranzystor 3D, który posiada znacznie większą mobilność niż materiał krzemu.
Tranzystory zawierają elementy krytyczne zwane bramami, dzięki którym urządzenia do włączania i wyłączania oraz do bezpośredniego przepływu prądu elektrycznego. W obecnych chipach, długość bram to około 45 nanometrów, czyli miliardowych części metra. Jednak nowe mają długość 22 nanometrów.
Możliwe jest, że w przyszłym roku dostępne będą komputery z nowym rodzajem tranzystorów. Struktura przestrzenna jest krytyczna, ponieważ długość bramy nie będzie działać w konstrukcji płaskiej. Po skurczeniu długości bramy do 22 nanometrów, konstrukcja musi być bardziej skomplikowana. Idealną bramą jest taka, która jest otoczona orzez tranzystory ze wszystkich stron.
Nanodruty są pokryte dielektrykiem, który działa jako brama. Inżynierowie pracują nad tranzystorami, które używają nawet mniejsze bramy - 14 nanometrowe. Jednak najprawdopodobniej zwiększenie wydajności nie będzie już możliwe przy użyciu krzemu. Nanodruty klasy III-V prowadzi do zasięgu 10nm.
Badania wykazały, że elementy składające się z materiału III-V pposiadają potencjał do prowadzenia elektronów pięć razy szybciej niż krzem. Tworzenie mniejszych tranzystorów również będzie wymagało znalezienia nowego typu warstwy izolacyjnej, zdolnej wyłączyć urządzenie. Gdy wielkość bramy będzie mniejsza niż 14 nanometrów, dwutlenek krzemu stosowany w konwencjonalnych tranzystorach nie będzie działać poprawnie, ponieważ nastąpi przeciek ładunku elektrycznego. Jednym z mozliwych rozwiązań tego problemu jest zastąpienie dwutlenku krzemu materiałami, które mają wyższe wartości izolacyjne lub stałą dielektryczną, takich jak dwutlenek hafanu lub tlenek glinu.
W nowych pracach badacze zamierzają stosować dwutlenek glinu i wykonywać powłoki za pomocą atomowej metody osadzania warstw. Ponieważ osadzanie warstwy atomowej jest powszechnie stosowane w przemyśle, nowy projekt może stanowić praktyczne rozwiązanie najbliższe konwencjonalnym tranzystorom krzemowym. Korzystanie z metody osadzania warstw może umożliwić inżynierom projektowanie tranzystorów o cieńszych warstwach tlenku metalu do bram oraz najprawdopodobniej zużyje znacznie mniej energii elektrycznej niż urządzenia krzemowe. Cieńsze warstwy dielektryczne oznaczają zwiększenie prędkości i obniżenie napięć.