(Phys.org)—En ny typ av transistor formad som en julgran har anlänt lagom till semestern, men prototypen kommer inte att ligga inbäddat under trädet tillsammans med de andra gåvorna.
"Det är en förhandstitt på vad som kommer att komma inom halvledarindustrin, " sa Peide "Peter" Ye, professor i el- och datateknik vid Purdue University.
Forskare från Purdue och Harvard universitet skapade transistorn, som är gjord av ett material som kan ersätta kisel inom ett decennium. Varje transistor innehåller tre små nanotrådar gjorda inte av kisel, som konventionella transistorer, men från ett material som kallas indium-gallium-arsenid. De tre nanotrådarna blir allt mindre, ger ett avsmalnande tvärsnitt som liknar en julgran.
Forskningen bygger på tidigare arbete där teamet skapade en 3D-struktur istället för konventionella platta transistorer. Tillvägagångssättet skulle kunna göra det möjligt för ingenjörer att bygga snabbare, mer kompakta och effektiva integrerade kretsar och lättare bärbara datorer som genererar mindre värme än dagens.
Nya rön visar hur man kan förbättra enhetens prestanda genom att länka transistorerna vertikalt parallellt.
"Ett enplanshus rymmer så många människor, men fler våningar, fler människor, och det är samma sak med transistorer, " Sa Ye. "Att stapla dem resulterar i mer aktuell och mycket snabbare drift för höghastighetsberäkningar. Detta tillför en helt ny dimension, så jag kallar dem 4-D."
Resultaten kommer att beskrivas i två artiklar som kommer att presenteras under International Electron Devices Meeting den 8-12 december i San Francisco. En av tidningarna har lyfts fram av konferensarrangörerna som bland "de mest nyhetsvärde ämnen och papper som ska presenteras."
Arbetet leds av Purdue-doktoranden Jiangjiang Gu och Harvard-postdoktorn Xinwei Wang.
Den senaste generationen av datorchips av silikon, infördes i år, innehåller transistorer med en vertikal 3D-struktur istället för en konventionell platt design. Dock, eftersom kisel har en begränsad "elektronrörlighet" - hur snabbt elektronerna flödar - kommer andra material sannolikt att behövas snart för att fortsätta att avancera transistorer med denna 3D-metod, sa du.
Indium-gallium-arsenid är bland flera lovande halvledare som studeras för att ersätta kisel. Sådana halvledare kallas III-V-material eftersom de kombinerar element från den tredje och femte gruppen i det periodiska systemet.
Transistorer innehåller kritiska komponenter som kallas grindar, som gör det möjligt för enheterna att slå på och av och att styra flödet av elektrisk ström. Mindre grindar möjliggör snabbare drift. I dagens 3D-kiseltransistorer, längden på dessa grindar är cirka 22 nanometer, eller miljarddels meter.
3D-designen är kritisk eftersom grindlängder på 22 nanometer och mindre inte fungerar bra i en platt transistorarkitektur. Ingenjörer arbetar med att utveckla transistorer som använder ännu mindre grindlängder; 14 nanometer förväntas till 2015, och 10 nanometer 2018.
Dock, storleksminskningar utöver 10 nanometer och ytterligare prestandaförbättringar är sannolikt inte möjliga med kisel, vilket innebär att nytt material kommer att behövas för att fortsätta framsteg, sa du.
Att skapa mindre transistorer kommer också att kräva att man hittar en ny typ av isolering, eller "dielektriskt" lager som gör att porten kan stängas av. När grindens längder krymper mindre än 14 nanometer, den dielektrikum som används i konventionella transistorer fungerar inte ordentligt och sägs "läcka" elektrisk laddning när transistorn stängs av.
Nanotrådarna i de nya transistorerna är belagda med en annan typ av kompositisolator, ett 4 nanometer tjockt lager av lantanaluminat med ett ultratunt, halvnanometerskikt av aluminiumoxid. Det nya ultratunna dielektrikumet gjorde det möjligt för forskare att skapa transistorer gjorda av indium-gallium-arsenid med 20 nanometers grindar, vilket är en milstolpe, sa du.
