Новый тип оптического транзистора может полностью изменить принципы работы компьютерных чипов

В настоящее время транзисторы находятся практически в каждом устройстве, они работают в ваших компьютерах, мобильных телефонах, автомобилях и даже в холодильниках.

Каждый новый виток развития технологий требует уменьшения размеров транзисторов, что позволяет разрабатывать все более высокоскоростные чипы и процессоры с большей вычислительной мощностью. Однако, в последние годы дело с сокращением размеров транзисторов обстоит не очень хорошо, приблизившись к пределу физических ограничений его темпы значительно уменьшились, можно сказать практически остановились на месте. Однако, транзистор нового типа, разработанный учеными из университета Северной Каролины, который использует в своей работе принципы фотоники, может стать одной из палочек-выручалочек, которые помогут сдвинуть с мертвой точки процесс увеличения вычислительных мощностей процессоров, определяемый так называемым законом Гордона Мура.

Транзистор, в частности полевой транзистор, использующийся сейчас практически во всех полупроводниковых чипах, по сути, является крошечным "выключателем" с электронным управлением. У него имеются три электрода - сток, исток и затвор. Изменяя напряжение на затворе, можно управлять силой тока, который течет между стоком и истоком. А множество таких транзисторов, объединенных в единую электронную схему, может выполнять и простейшие логические операции, и сложные вычислительные задачи, что определяется величиной и сложностью электронной схемы.

Но сокращение размеров транзисторов является достаточно непростой задачей. Они и так уже имеют размеры, исчисляющиеся десятками нанометров. Основу большинства современных транзисторов составляют тончайшие слои кремния с различными добавками, что придает материалу различные полупроводниковые свойства. И когда структура транзистора становится слишком маленькой, он начинает вести себя совершенно непредсказуемо за счет проявления некоторых эффектов странной квантовой физики, в частности, квантового туннелирования.



Как упоминалось выше, током через транзистор, разработанный учеными из Северной Каролины, управляет свет. Когда фотоны света начинают падать на определенный участок поверхности транзистора, он открывается и начинает пропускать ток от истока к стоку. И самым главным является то, что такие устройства могут иметь гораздо меньшие размеры, нежели обычные транзисторы, ведь у них полностью отсутствует управляющий электрод, затвор. Отсутствие этого электрода устраняет возможность возникновения паразитного тока за счет явления квантового туннелирования электронов от стока к затвору и от затвора к истоку, и наоборот.

Физика, определяющая принципы работы нового транзистора, достаточно проста и понятна. В транзисторе использованы фотоматериалы, которые известны достаточно давно и которые проводят через себя электрический ток только при условии освещения их поверхности. В данном случае в роли такого материала выступает лента из кадмия и селена, толщина которой составляет всего несколько атомов. Такой материал при освещении светом лазер изменяет свою электрическую проводимость более чем в миллион раз и это сопоставимо с подобными характеристиками обычных полевых транзисторов.

Все, что написано выше, звучит весьма привлекательно, но существует и несколько проблем, которые будут препятствовать появлению чипов и процессоров на основе транзисторов нового типа. И главной проблемой является проблема оптического управления каждым из отдельных транзисторов, миллионы и миллиарды которых объединены в одну электронную схему. Если технологии такого управления обычными транзисторами отработаны уже достаточно хорошо, то подходящая технология оптического индивидуального управления транзисторами не существует даже в теории.