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.
