Создан первый в своем роде алмазный валлитронный транзистор - «Наука и технологии»

Исследователи из Упсальского университета, Швеция, и компании Element Six, Великобритания, впервые продемонстрировали возможность электрического управления валлитронными токами в 3D-полевых транзисторах с двойным затвором, изготовленными из алмаза. Напомним, что валлитроника (Valleytronics) - это перспективная технология передачи и обработки информации, в которой информация переносится в виде поляризации электронов, а не их электрического заряда, как это делается в современной электронике.

Отметим, что исследования в области валлитроники в последние годы все чаще и чаще становятся объектом приложения усилий со стороны ученых-физиков из-за того, что она, валлитроника, может обеспечить появление новой парадигмы хранения и обработки информации в квантовых вычислительных системах. Быстрое и прямое электрическое управление состояниями валлитронных систем, не требующее использования внешних магнитных полей, является ключевым моментом для построения практических вычислительных систем, обладающих высоким быстродействием и эффективностью.

Ученые выбрали алмаз в качестве материала для валлитронного транзистора из-за того, что этот материал, в который внесен очень маленький процент определенных примесей, является превосходным полупроводником с широкой запрещенной зоной. Помимо этого, алмаз является прекрасным проводником тепла, обладает высокой механической прочностью и абсолютно инертен с химической точки зрения. Все это, плюс наличие технологий, позволяющих без особых трудностей синтезировать монокристаллы алмаза высокой чистоты, делают алмаз очень перспективным материалом для использования в силовой электронике.

В своих экспериментах ученые использовали монокристаллический алмаз с очень малой концентрацией примеси азота. Для увеличения надежности срабатывания ими была реализована схема полевого транзистора с двойным затвором, а для увеличения степеней свободы валлитронных токов, управления траекторией их движения и поляризации в структуру были добавлены дополнительные электроды стока.

Путем изменения напряжения смещения, подаваемого на затвор, в транзисторе производится управление состоянием заряда в области азотных вакансий. Это позволяет использовать эти вакансии как проводники валлитронных токов, выстраивая из них своего рода "дорожку", более того, наличие двух затворов позволяет выстраивать токопроводящие дорожки различной длины и конфигурации. А это, в свою очередь, обеспечивает точное управление временем, в течение которого поляризованные электроны проходят сквозь транзистор.

Появление первого валлитронного устройства, позволяющего управление поляризационными токами при помощи электростатического метода, является первым шагом на пути к созданию более сложных вычислительных устройств совершенно нового типа. А первым практическим применением валлитронного полевого транзистора может стать электронная накачка квантовых точек в структуре алмаза, которые будут выступать в роли лазеров - источников единичных фотонов, имеющих значение поляризации, совпадающее со значением поляризации электронов.