(Phys.org) — Een nieuw type transistor in de vorm van een kerstboom is net op tijd voor de feestdagen gearriveerd, maar het prototype zal niet samen met de andere geschenken onder de boom worden genesteld.

"Het is een voorproefje van wat komen gaat in de halfgeleiderindustrie, " zei Peide "Peter" Gij, een professor in elektrische en computertechniek aan de Purdue University.

Onderzoekers van de universiteiten van Purdu en Harvard hebben de transistor gemaakt, dat is gemaakt van een materiaal dat silicium binnen tien jaar zou kunnen vervangen. Elke transistor bevat drie minuscule nanodraadjes die niet van silicium zijn gemaakt, zoals conventionele transistors, maar van een materiaal dat indium-gallium-arsenide wordt genoemd. De drie nanodraden worden steeds kleiner, waardoor een taps toelopende doorsnede ontstaat die lijkt op een kerstboom.

Het onderzoek bouwt voort op eerder werk waarin het team een ​​3D-structuur creëerde in plaats van conventionele platte transistors. De aanpak zou ingenieurs in staat kunnen stellen sneller te bouwen, compactere en efficiëntere geïntegreerde schakelingen en lichtere laptops die minder warmte genereren dan de huidige.

Nieuwe bevindingen laten zien hoe de prestaties van het apparaat kunnen worden verbeterd door de transistors verticaal parallel te koppelen.

"Een huis met één verdieping kan zoveel mensen bevatten, maar meer verdiepingen, meer mensen, en het is hetzelfde met transistors, "Je zei. "Het stapelen ervan resulteert in een meer actuele en veel snellere werking voor high-speed computing. Dit voegt een geheel nieuwe dimensie toe, dus ik noem ze 4-D."

De bevindingen zullen gedetailleerd worden beschreven in twee papers die zullen worden gepresenteerd tijdens de International Electron Devices Meeting op 8-12 december in San Francisco. Een van de papers is door de organisatoren van de conferentie aangemerkt als een van 'de meest nieuwswaardige onderwerpen en papers die moeten worden gepresenteerd'.

Het werk wordt geleid door Purdue-promovendus Jiangjiang Gu en Harvard-postdoctoraal onderzoeker Xinwei Wang.

De nieuwste generatie silicium computerchips, dit jaar geïntroduceerd, bevatten transistoren met een verticale 3D-structuur in plaats van een conventioneel plat ontwerp. Echter, omdat silicium een ​​beperkte "elektronenmobiliteit" heeft - hoe snel elektronen stromen - zullen binnenkort waarschijnlijk andere materialen nodig zijn om transistors verder te ontwikkelen met deze 3D-benadering, zei je.

Indium-gallium-arsenide is een van de veelbelovende halfgeleiders die worden bestudeerd om silicium te vervangen. Dergelijke halfgeleiders worden III-V-materialen genoemd omdat ze elementen uit de derde en vijfde groep van het periodiek systeem combineren.

Transistors bevatten kritische componenten die poorten worden genoemd, waardoor de apparaten kunnen in- en uitschakelen en de stroom van elektrische stroom kunnen sturen. Kleinere poorten maken een snellere bediening mogelijk. In de huidige 3D-siliciumtransistors, de lengte van deze poorten is ongeveer 22 nanometer, of miljardsten van een meter.

Het 3D-ontwerp is van cruciaal belang omdat poortlengtes van 22 nanometer en kleiner niet goed werken in een platte transistorarchitectuur. Ingenieurs werken aan de ontwikkeling van transistors die nog kleinere poortlengtes gebruiken; 14 nanometer wordt verwacht in 2015, en 10 nanometer in 2018.

Echter, verkleiningen van meer dan 10 nanometer en extra prestatieverbeteringen zijn waarschijnlijk niet mogelijk met silicium, wat betekent dat er nieuwe materialen nodig zijn om vooruitgang te boeken, zei je.

Om kleinere transistoren te maken, moet ook een nieuw type isolatie worden gevonden, of "diëlektrische" laag waarmee de poort kan worden uitgeschakeld. Omdat poortlengtes kleiner worden dan 14 nanometer, het diëlektricum dat in conventionele transistors wordt gebruikt, werkt niet goed en er wordt gezegd dat het elektrische lading "lekt" wanneer de transistor wordt uitgeschakeld.

Nanodraden in de nieuwe transistors zijn gecoat met een ander type composietisolator, een 4 nanometer dikke laag lanthaanaluminaat met een ultradunne, laag aluminiumoxide van een halve nanometer. Met het nieuwe ultradunne diëlektricum konden onderzoekers transistors maken van indium-gallium-arsenide met poorten van 20 nanometer, wat een mijlpaal is, zei je.