Полупроводники не сдаются

Квантовые компьютеры появятся еще не скоро. Не стоит ждать массового производства этой вычислительной чудо-техники в ближайшие годы. Тем временем современная микроэлектроника на базе кремния приближается к тупику своего развития. Ученые из Корнеллского университета видят выход в использовании нового полупроводникового материала - нитрида галлия.

В ближайшие месяцы производители микроэлектроники представят на рынке массовую продукцию на основе 22-нанометровых кремниевых подложек. На подходе уже следующее поколение процессоров, созданных на 16-нанометровой технологии, а в теории физики предсказывают возможность сократить толщину полупроводникового слоя аж до 8 нанометров.

Однако эта отметка станет пределом потенциала кремния, преодолеть который невозможно в силу законов физики. Единственный путь дальнейшего развития микроэлектроники - в повышении эффективности полупроводника, но с применением подложек из кремния это нереально.

По мнению ученых из Корнеллского университета (США), выход из этого тупика есть. Но это будет возможно лишь после перехода на новые полупроводниковые материалы. Сотрудник университета Хунсиа Ши разработал элементы на основе нитрида галлия, которые могут использоваться во всех областях электроники - от компьютеров до гибридных автомобильных двигателей.

Профессор Лестер Истман, научный руководитель Хунсиа Ши, на протяжении более чем десяти лет занимался исследованием этого полупроводникового соединения, чья эффективность в разы превосходит кремний, а так же обладает рядом уникальных электронных свойств. Теоретические исследования были завершены летом этого года, тогда же увидели свет публикации, посвященные его работе.

Теперь дело дошло и до практической реализации технологии. Сопротивление транзистора во включенном режиме (этот параметр равен соотношению сопротивления и электронного заряда) нитрида галлия в 10-20 раз меньше, чем у кремния. Кроме того, у нового соединения невероятно большой показатель тока пробоя, что позволяет беспрепятственно подавать на элемент высокое напряжение.

Пониженное сопротивление нитрида галлия позволяет уменьшать рабочее значение подаваемой мощности, что, в свою очередь, способствует меньшему нагреву. Также новый полупроводник может удерживать заряд в 3 миллиона вольта на квадратный сантиметр (против 250 тысяч вольт у кремния).

"Электронные приборы нового поколения должны обладать эффективным коэффициентом полезного действия, то есть их выходная мощность не должна сильно отличаться от усилий, приложенных на входе, - говорит профессор Лестер Истман. - Кроме того, элементы из нитрида галлия позволяют управлять как напряжением, так и силой электрического тока, а это в настоящее время не умеет делать ни одно устройство".

В создании новой элементной базы приняли участие не только ученые, но и разработчики нескольких компаний, производящих полупроводниковые изделия. Благодаря этому сотрудники Корнеллского университета обещают внедрение нитрида галлия в промышленность уже в ближайшие годы.

Читайте также в рубрике "Наука и техника"