Los investigadores han informado de un transistor de fósforo negro que se puede utilizar como un interruptor de potencia ultrabajo alternativo. Un equipo de investigación dirigido por el profesor Sungjae Cho en el Departamento de Física de KAIST desarrolló un transistor de efecto de campo de túnel de fósforo negro (TFET) de espesor controlado que muestra un consumo de energía de conmutación 10 veces menor, así como 10, Consumo de energía en modo de espera 000 veces menor que los transistores semiconductores de óxido de metal complementario (CMOS) convencionales.

El equipo de investigación dijo que desarrollaron transistores rápidos y de baja potencia que pueden reemplazar a los transistores CMOS convencionales. En particular, resolvieron problemas que han degradado la velocidad y el rendimiento de la operación TFET, allanando el camino para extender la Ley de Moore.

En el estudio presentado en Nanotecnología de la naturaleza el mes pasado, El equipo del profesor Cho informó un TFET de heterounión natural con espesores de capa que varían espacialmente en fósforo negro sin problemas de interfaz. Alcanzaron valores de oscilación por debajo del umbral promedio récord bajo sobre 4-5 dec de corriente y récord alto, corriente en estado, lo que permite que los TFET funcionen tan rápido como los transistores CMOS convencionales con un consumo de energía mucho menor.

"Desarrollamos con éxito el primer transistor que alcanzó los criterios esenciales para Conmutación de baja potencia. Nuestros TFET recientemente desarrollados pueden reemplazar los transistores CMOS al resolver un problema importante con respecto a la degradación del rendimiento de los TFET, "Dijo el profesor Cho.

La reducción continua de los transistores ha sido la clave para el desarrollo exitoso de la tecnología de la información actual. Sin embargo, con la Ley de Moore alcanzando sus límites debido al aumento del consumo de energía, el desarrollo de nuevos diseños de transistores alternativos se ha convertido en una necesidad urgente.

Reducir el consumo de energía de conmutación y de espera mientras se escalan aún más los transistores requiere superar el límite termoiónico de oscilación por debajo del umbral, que se define como el voltaje requerido por diez veces el aumento de corriente en la región del subumbral. Para reducir la potencia de conmutación y de reserva de los circuitos CMOS, es fundamental reducir la oscilación por debajo del umbral de los transistores.

Sin embargo, hay un límite de oscilación subumbral fundamental de 60 mV / dec en los transistores CMOS, que se origina a partir de la inyección de portadores térmicos. La hoja de ruta internacional para dispositivos y sistemas ya ha predicho que se requerirán nuevas geometrías de dispositivos con nuevos materiales más allá de CMOS para abordar los desafíos de escala de transistores en el futuro cercano. En particular, Los TFET se han sugerido como una alternativa importante a los transistores CMOS, dado que la oscilación por debajo del umbral en los TFET se puede reducir sustancialmente por debajo del límite termoiónico de 60 mV / dec. Los TFET operan a través de túneles cuánticos, que no limita la oscilación del subumbral como en la inyección térmica de transistores CMOS.

En particular, Los TFET de heterounión son muy prometedores para ofrecer una oscilación de subumbral baja y una corriente de estado alta. Una alta corriente es esencial para el funcionamiento rápido de los transistores, ya que cargar un dispositivo en estado de encendido lleva más tiempo con corrientes más bajas. A diferencia de las expectativas teóricas, Los TFET de heterounión desarrollados previamente muestran 100-100, 000x menor corriente en estado (100-100, 000 veces velocidades de operación más lentas) que los transistores CMOS debido a problemas de interfaz en la heterounión. Esta baja velocidad de operación impide la sustitución de transistores CMOS por TFET de baja potencia.

El profesor Cho dijo:"Hemos demostrado por primera vez, a lo mejor de nuestro conocimiento, Optimización TFET para operaciones rápidas y ultrabajas, que es esencial para reemplazar los transistores CMOS para aplicaciones de baja potencia ". Dijo que está muy encantado de ampliar la Ley de Moore, que eventualmente puede afectar a casi todos los aspectos de la vida y la sociedad.