Ny elektronisk effekt fundet i transistor
Rettet: En voldsom kapacitans-forøgelse i en speciel transistor giver fremtidsløfter om meget hurtige computerchips, der bruger mindre strøm. Lærebøger skal skrives om.
Her ses forskernes eksperimental-transistor, hvor det ledende grænselag er mellem lanthan-aluminat og strontium-titanat. Her holder elektronerne stormøde, så snart der er noget spændende på gaten. (Foto: MIT)
Læs også
-
Et skridt nærmere nanohukommelse: Huller i graphen gør den magnetisk
Læs mere om
Dokumentation
Snart skal der skrives nye ligninger til lærebøgerne om transistor-teknologi. I hvert fald har forskere fra MIT i USA og universitetet i Augsburg i Tyskland opdaget en overraskende og kraftig natur-effekt, som ikke lader sig beskrive med den eksisterende viden.
Effekten giver en superkraftig kapacitans i en transistorgate, og det betyder, at når først forskerne forstår effekten i alle detaljer, så kan der igen blive mulighed for at øge klokhastigheden i computere ganske betydeligt. Men foreløbig handler det dog kun om, at den nødvendige spænding, der skal til på gaten for at fylde elektroner i den ledende kanal, er ubegribelig lille.
»Den ledende kanal i halvlederen suger elektroner ind, som om der var vacuum,« siger professor Raymond Ashoori fra MIT i en pressemeddelelse.
Klokken er gået i stå
Klokhastigheden har ellers været et ømt punkt i computerindustrien, fordi øget klokhastighed medfører øget varmeudvikling og dermed øget strømforbrug. Det har bremset computernes hastighedsudvikling i de seneste ti år og tvunget industrien til i stedet at satse på flere hardware-kerner på hver processorchip for på den måde at øge arbejdsevnen. Men det er en udvikling, som stiller store krav på software-siden.
Når en almindelig transistor-halvleder af silicium skal bringes til at lede en strøm, sker det ved, at der sættes elektrisk spænding på en såkaldt gate, der er tæt på halvlederen. Spændingsforskellen får et antal elektroner til at samle sig i halvlederens grænseområde, og derved dannes en lille elektrisk kanal, der kan lede en strøm. Når man fjerner spændingen på gaten, forsvinder kanalen igen, og halvlederen bliver igen isolerende.
Der er en sammenhæng mellem gate-spændingens størrelse og mængden af ophobede elektroner i kanalen. Og jo flere elektroner, der samles under gaten ved en given spænding, jo større er transistorens kapacitans. Høj kapacitans er eftertragtet, fordi en transistor, der kan åbne gaten med en mindre spænding, kræver mindre strøm, når klokhastigheden sættes i vejret.
Voldsom kapacitans
Det nye, som forskerne har opdaget, er, at hvis man opbygger en transistor med den ledende kanal i et grænselag mellem lanthan-aluminat og strontium-titanat, og hvis gaten opbygges med en sandwich af flere lag lanthan-oxid og aluminium-oxid, så opbygges fra de forskellige lag et samlet elektrisk felt, som åbner den elektriske kanal i grænselaget. Det ligner den almindelige silicium-transistor lidt.
Men det særlige er altså, at det kun kræver en meget lille gate-spænding at fylde den halvledende kanal op med elektroner. Det vil sige, at denne transistors kapacitans bliver meget høj. Og dermed opstår håbet om at kunne øge klokhastigheden igen uden at bruge mere energi. Ti års tvungen pause i den udvikling kan være brudt.
»Måske er det en ny kvantemekanisk effekt eller en ukendt fysisk egenskab i materialet,« siger professor Raymond Ashoori.
Men det går langsomt
Imidlertid er det foreløbig kun et håb, for forskerne forstår ikke, hvad det er, der sker. Og opbygningen af elektroner under gaten sker forholdsvis langsomt, så umiddelbart kan man ikke sætte farten op på nogle nyudviklede lanthan-strontium chips.
»Opdagelsen vil ikke revolutionere elektronikbranchen i morgen. Men vi har vist, at mekanismens eksisterer, og når vi forstår, hvad den går ud på, så kan vi begynde at bruge den til noget,« siger Raymond Ashoori.
Rettelse: Det er nu blevet ekstra fremhævet øverst i artiklen, at det vigtige nye i opdagelsen er, at der kun kræves en ekstremt lille spænding på gaten for at fylde den halvledende kanal.
