Экспериментальная структура нового германиевого транзистора, изготовленного из распространенных полупроводниковых материалов, может стать тем, что позволит в несколько раз увеличить производительность микропроцессоров вычислительной техники. Этот новый транзистор, разработанный в Лаборатории технологий микросистем (Microsystems Technology Laboratories, MTL) Массачусетского технологического института, имеет скорость работы, в два раза превышающую скорость предыдущего варианта экспериментального германиевого транзистора, который, в свою очередь, по скорости работы превосходил в два раза наилучшие варианты коммерческих кремниевых транзисторов.Новый транзистор p-типа сделан из сплавов германия, которые достаточно широко используются сейчас в производстве полупроводниковых чипов. Таким образом, чипы на основе новых транзисторов можно выпускать с помощью существующих технологических процессов производства полупроводников и на существующем технологическом оборудовании, не подвергая оборудование существенным переделкам, чего нельзя сказать о транзисторах из более экзотических материалов, к примеру, из углеродных нанотрубок или графена.
Новый транзистор имеет структуру с тремя затворами (trigate), которая позволяет избавиться от некоторых проблем, возникающих в современной микроэлектронике при чрезвычайно малых уровнях миниатюризации электронных приборов. Как уже говорилось выше, новый транзистор является транзистором p-типа, заряд внутри которого переносится на счет движения так называемых “электронных дырок”, своего рода электронных пустот, образованных в кристаллической решетке полупроводникового материала с помощью введения определенных примесей.
Исследователи добились более высокой скорости работы, т.е. более высокой частоты переключения, подвергая некоторые элементы германиевого транзистора своего рода механическому напряжению. Это механическое напряжение деформирует кристаллическую решетку германия, сближает атомы в узлах решетки, что позволяет электронным дыркам передвигаться в материале с большей скоростью. Для того, что бы сделать это, исследователи вырастили слой германия сверху “бутерброда” из слоев нескольких видов кремния. Атомы германия естественным путем пытаются упорядочиться относительно атомов кремния в нижних слоях, это приводит к смещению атомов германия и возникновению механической напряженности германиевого кристалла.
“Эти “напряженные” слои все время стремятся сломаться. Но мы разработали несколько уникальных методов, позволяющих выращивать этих механически напряженных слоев, сохраняющих свои свойства длительное время без возникновения каких-либо дефектов” – рассказывает Джеймс Теэрэни (James Teherani), исследователь из Массачусетского технологического института.
Вторым компонентом, обеспечивающим высокую скорость работы нового германиевого транзистора, является его структура с тремя затворами. Собственно канал транзистора находится выше плоскости самого чипа, исследователи сравнивают это с поездом, стоящим на рельсах. А все три затвора “обернуты” вокруг трех внешних плоскостей канала, что обеспечивает возможность надежного управления потоком электронных дырок, носителей заряда, через канал транзистора.
Работа исследователей из Массачусетского технологического института по созданию высокоскоростного германиевого транзистора была проведена по заказу Управления перспективных исследовательских программ Пентагона DARPA и при поддержке компании Semiconductor Research
