Tranzystor bez półprzewodników

Od kilku dziesięcioleci wykorzystujemy półprzewodniki do budowy podzespołów elektronicznych. Poszczególne elementy układów stają się coraz mniejsze i mniejsze. Jednak proces miniaturyzacji nie będzie trwał wiecznie. Yoke Khin Yap, fizyk z Michigan Technological University, mówi, że w ciągu 10-20 lat dojdziemy do fizycznych granic miniaturyzacji półprzewodników. Ponadto, zaznacza, półprzewodniki mają pewną kolosalną wadę - marnuje się w nich olbrzymia ilość energii, która ucieka w postaci ciepła. Na całym świecie trwają prace mające na celu stworzenie alternatywnej elektroniki do tej opartej na krzemie.

W 2007 roku Yap wpadł na pewien pomysł. Polega on na stworzeniu tranzystora z izolatora w skali nano pokrytego metalem w skali nano. Można na przykład wziąć plastik i nałożyć nań metal. Jako, że chcemy robić to w skali nano wybraliśmy nanorurki z azotku boru (BNNTs), które służą nam jako izolator i substrat - mówi uczony. Wraz ze swoimi kolegami opracował technologię uzyskiwania większych płacht BNNTs, a następnie za pomocą lasera nanosili nań kwantowe kropki ze złota. Kropki miały średnicę trzech nanometrów. Następnie we współpracy z Oak Ridge National Laboratory (ORNL) przez tak przygotowany materiał, z przyczepionymi doń elektrodami, przepuszczono ładunki elektryczne. Zaobserwowano niezwykle interesujące zjawisko. Okazało się, że elektrony zaczęły tunelować pomiędzy złotymi kropkami.

Wyobraźmy sobie, że nanorurki to rzeka, a po obu jej stronach znajdują się elektrody. Przez rzekę ułożone są niewielkie kamienie. Elektrony przeskakiwały po tych kamieniach. Kamienie zaś są tak małe, że w danym momencie na jednym kamieniu może znajdować się jeden elektron. Każdy elektron przekracza rzekę w identyczny sposób, więc nasze urządzenie jest zawsze stabilne - mówi Yap. W ten sposób uzyskano tranzystor bez półprzewodników. Przy wyższym napięciu elektrony tunelowały przez kwantowe kropki, całość działała więc jak przewodnik. Gdy napięcie obniżano lub wyłączano, całość stawała się izolatorem.

Nie zaobserwowano też żadnych wycieków. Żaden elektron nie przeskoczył ze złota do BNNTs, co oznacza, że urządzenie pozostało chłodne i nie doszło do znanego z półprzewodników marnowania energii w postaci ciepła odpadowego.

Jest jeszcze jedna bardzo dobra wiadomośc. Cały eksperyment przebiegał w temperaturze pokojowej. Dotychczas podobne urządzenia pracowały w niezwykle niskich temperaturach, co uniemożliwiało ich praktyczne wykorzystanie. John Jaszczak, który opracował teoretyczny model urządzenia Yapa wyjaśnia, że sekret tkwi w skali podzespołów. Jeśli całość ma działać w temperaturze pokojowej, to złote kropki muszą mieć rozmiary liczone w nanometrach. Yap dodaje, że teoretycznie takie urządzenie może być miniaturyzowane niemal bez końca.

tranzystor półprzewodnik azotek boru złoto kropka kwantowa