Американские исследователи совершили прорыв в микроэлектронике, используя парадоксальное физическое явление — отрицательную ёмкость. Более 20 лет эта тема вызывала скептицизм, но теперь результаты экспериментов доказывают: эффект реально существует и может значительно повысить производительность транзисторов. В этой статье вы узнаете, как отрицательная ёмкость помогает обойти фундаментальные ограничения физики, какие преимущества она даёт современным чипам и какие перспективы открывает для будущего электроники.
Что такое отрицательная ёмкость и как она работает?
Физика явления
Отрицательная ёмкость — это необычное свойство, которое проявляется в сегнетоэлектриках. Под воздействием внешнего электрического поля их кристаллическая структура изменяет поляризацию и сохраняет внутреннее электромагнитное поле даже после снятия напряжения. Этот эффект уже используется в энергонезависимой памяти FeRAM.
Применение в транзисторах
- Сегнетоэлектрик добавляется в диэлектрик под затвором транзистора.
- Он снижает управляющее напряжение за счёт компенсации паразитной ёмкости.
- Материал действует как встроенный суперконденсатор, накапливая энергию внутри чипа.
Преодоление предела Шоттки
Проблема традиционных транзисторов
«Предел Шоттки определяет компромисс между толщиной изолятора, током утечки и скоростью переключения». Это фундаментальное ограничение мешает дальнейшему улучшению производительности полупроводниковых устройств.
Решение с помощью отрицательной ёмкости
- Использование сегнетоэлектрика HZO (оксид гафния-циркония) толщиной 1,8 нм.
- Увеличение толщины диэлектрика без снижения скорости переключения.
- Эффективное управление затвором и подавление тока утечки.
Экспериментальные результаты и перспективы
Достигнутые улучшения
Отрицательная ёмкость позволила увеличить ток в включённом состоянии транзистора и снизить энергопотребление в выключенном режиме. Это уникальное свойство, недостижимое традиционными методами.
Будущие шаги
- Масштабирование технологии для уменьшения размеров транзисторов.
- Поиск партнёров для внедрения метода в массовое производство.
- Исследование других материалов с аналогичными свойствами.
«Получение большего тока от устройства за счёт добавления изолятора – чрезвычайно ценно», — подчеркивают учёные. Это открытие может стать основой для следующего поколения высокопроизводительных электронных устройств.
