Jednoelektronový tranzistor jako spása čipů? Již funguje v logických obvodech

0

Podle některých odhadů nám zbývá zhruba dekáda platnosti Moorova zákona. Ten nám slibuje pravidelné zrychlování čipů díky přechodům na menší a menší výrobní procesy. Někde u 7 či 5 nm lze ovšem čekat konec možností klasických postupů. Další možnosti zlepšení možná přinesou nové materiály, vědci a výzkumníci ale zkoumají i další možnosti, jak „tam dole“ vydupat co nejvíc prostoru. Jednou z cest by mohly být takzvané jednoelektronové tranzistory.

Jednoelektronový tranzistor svým názvem trošku mate. Není tvořen jediným elektronem, jak by se naivně dalo čekat, jeho název je odvozen od toho, že ním (tedy při zapnutém stavu) protéká proud po jednotlivých elektronech. Stavba tohoto typu tranzistoru vypadá tak, že hradlo je vloženo mezi emitor a kolektor. Od těch je odděleno velice tenkou (jednotky nanometrů) vrstvičkou izolantu. Tímto uspořádáním nemůže proud procházet konvenčním způsobem. Izolant je ale dostatečně tenký, aby jím mohl elektron proniknout, pokud nastane efekt kvantového tunelování.

Tímto trikem se elektron může „teleportovat“ ze emitoru nejprve do hradla a pak do kolektoru. Vtip je v tom, že aplikováním napětí na hradlo lze měnit energetické hladiny elektronů na této elektrodě tak, aby se tunelování umožnilo, nebo se mu naopak zamezilo.

Polosčítačka z jednoelektronových tranzistorů

Týmu vědců z univerzity Chungbuk v jihokorejském Cheongju se z takzvaných jednoelektronových tranzistorů podařilo sestavit funkční logický obvod. Respektive jakousi jeho základní část, tedy polosčítačku. Z těchto prvků lze však následně sestavit i další pokročilejší jednotky. Jejich obvod nebyl sestaven jen z jednoelektronových tranzistorů, celkově se však vešel do pouhých pěti součástek, třech jednoelektronových (SET) a dvou tranzistorů klasických (FET). Při použití klasických technologií je přitom k vybudování polosčítačky třeba dvaceti tranzistorů.

Obvod s jednoelektronovýcmi tranzistory je možné přepnout i do režimu, kdy místo sčítání odečítá. Výzkumníci si i proto od jednoelektronových tranzistorů slibují značné zvýšení půdorysné efektivity obvodů. Čipy díky tomu budou moci být menší a zřejmě i úspornější.

Navíc jednolektronová sčítačka údajně dokázala pracovat nejen s napětími nesoucími binární hodnoty, ale i s vícehodnotovou logikou. To bude nejspíše souviset s tím, že s aplikací vyššího napětí na hradle narůstá přenášený proud vždy skokem – tak, že odpovídá tunelování jednoho, dvou, třech elektronů atak dále. Tyto diskrétní hodnoty by se proto daly využít k reprezentaci více stavů, než jen binární hodnoty. Pokud by se podařilo „do pracovního procesu“ zapřáhnout i tuto vlastnost, efektivita práce integrovaných obvodů by opět značně stoupla.

 

Celá koncepce má zatím jednu základní nevýhodu. Všechno to totiž funguje až při teplotách pod 10 K (čili 10 stupňů nad absolutní nulou). Alespoň zatím, výzkumníci si totiž zprovoznění tranzistorů typu SET při pokojové teplotě stanovili jako svůj další úkol. Ono již fungování při teplotě 10 K je svým způsobem pozoruhodné. Mnoho skutečně bizarních fyzikálních jevů se totiž dostavuje až mnohem blíže absolutní nule – jinými slovy, u 10 K se nejedná se o až takovou „exotiku“. Uvidíme, zda se tento úkol podaří splnit, a zda se někdy v budoucnu tato technologie protuneluje do běžných procesorů v našich počítačích či telefonech.

Zdroje: Phys.org, Applied Physics Letters (abstrakt)

Jednoelektronový tranzistor jako spása čipů? Již funguje v logických obvodech

Ohodnoťte tento článek!