Китайські вчені створили транзистор з підсиленням сигналу у 18 мільйонів разів

Китайські дослідники з Інституту металів Китайської академії наук разом із кількома науковими центрами країни розробили принципово новий тип транзистора. Пристрій поєднує три матеріали — кремній, графен і германій — і встановлює світовий рекорд за коефіцієнтом підсилення струму.

Поштовхом до розробки стала потреба індустрії у надшвидких напівпровідникових компонентах. Розвиток мобільного зв’язку, інтернету речей і бездротових мереж нового покоління вимагає подолання рубежу в 1 ТГц — приблизно вдесятеро більше за частоти сучасних мобільних мереж. Традиційні високочастотні транзистори вже впираються у фізичні обмеження, тому науковці шукають нові архітектури та матеріали.

Конструкція нового транзистора будується за багатошаровим принципом. Спочатку на германієвій підкладці вирощували монокристалічний шар графену розміром із повноцінну кремнієву пластину, а поверх нього розміщували тонку монокристалічну плівку кремнію. Така структура дозволяє використовувати унікальні властивості графену для точнішого керування рухом електронів усередині пристрою.

Головним досягненням стало рекордне підсилення електричного сигналу: коефіцієнт підсилення струму досяг 18 мільйонів, що автори роботи називають світовим рекордом серед транзисторів подібного класу. Це означає, що навіть надслабкий вхідний сигнал можна багаторазово підсилити без суттєвих втрат.

Під час випробувань транзистор показав робочу частоту 132 ГГц — один із найкращих результатів серед вертикальних транзисторів на основі двовимірних матеріалів. Комп’ютерне моделювання свідчить, що подальша оптимізація конструкції, зниження опору контактів і точне налаштування параметрів матеріалів теоретично дозволять подолати позначку в 1 ТГц.

Дослідники переконані, що нова архітектура відкриває шлях до надшвидких мікросхем для систем зв’язку наступного покоління, радарів, сенсорів і обчислювальних пристроїв.