Ученые экспериментально продемонстрировали устройство, использующее преимущество отрицательной электрической емкости. Новый тип транзистора потребляет существенно меньше энергии, как и предсказывала разработанная в 2008 году теория. Результаты изложены на страницах журнала Nature Nanotechnology.

Емкость — это характеристика проводника накапливать электрический заряд. В обычной ситуации она всегда положительна, однако около десяти лет назад сотрудники Университета Пердью разработали теорию, согласно которой использование сегнетоэлектрического материала в части транзистора под названием затвор создаст систему с отрицательной емкостью. Сейчас транзисторы — это основные компоненты множества современных электронных приборов, в том числе микропроцессоров. Подобная их модификация позволит создавать устройства с меньшим расходом энергии, что, например, обеспечит большее время автономной работы от аккумулятора.

Чтобы воплотить в жизнь идею теоретиков, экспериментаторы использовали сверхтонкий слой полупроводника (дисульфида молибдена MoS₂), чтобы создать соседний с затвором транзистора участок. Сам затвор был также модифицирован: один из слоев в его структуре был сделан из сегнетоэлектрика (оксид циркония-гафния Hf_0,5Zr_0,5O₂) вместо обычно применяемого диэлектрика (оксида гафния HfO₂).

«Всеобъемлющая задача — это создание более эффективного транзистора, потребляющего меньшее количество энергии, — прокомментировал работы руководитель коллектива Пэйдэ Е из Университета Пердью. — Это особенно важно для приборов с ограниченным запасом энергии, таким как мобильные телефоны, распределенные датчики и компоненты для Интернета вещей».

Схематическое строение нового типа транзистора. Ecole Polytehnique Federale de Lausanne

В данный момент созданный транзистор не может переключаться с частотой, необходимой для применения в компьютерах, однако авторы не намерены останавливаться и надеются создать достаточно быстрое устройство. Более того, уже созданный прототип может существенно повлиять на целое направление, где транзисторы высоких частот не нужны, а энергоэффективность является одним из главных требований.