Квантовый рубеж миниатюризации транзисторов

21.06.2026

Исследователи из Корейского передового института науки и технологий (KAIST) представили новую методику атомарно-точных расчетов, которая дает количественный ответ на этот вопрос. Они разработали подход, позволяющий заранее предсказывать, при каких размерах квантовое туннелирование начнет вызывать неконтролируемый рост токов утечки и сделает транзистор неработоспособным. Вместо слепого экспериментирования с образцами методика предлагает инженерам осознанный инструмент проектирования, основанный на фундаментальных законах квантовой физики.

В основе расчетов лежит усовершенствованная версия теории функционала плотности - мощного метода, который уже давно успешно применяется для моделирования электронных структур молекул и материалов. Ученые расширили ее возможности специальным вычислительным фреймворком, который детально описывает сложные квантовые процессы именно на границе между металлическим электродом и полупроводниковым каналом. Такой подход особенно ценен сейчас, когда реальные размеры транзисторных структур вплотную приближаются к атомарным масштабам и классические модели перестают работать.

Главная трудность дальнейшего уменьшения транзисторов связана с квантовым туннелированием. При слишком малых размерах электроны начинают "просачиваться" сквозь энергетические барьеры, которые в привычной классической физике должны были бы их надежно останавливать. В результате растут паразитные токи утечки, ухудшается управление током между истоком и стоком, падает соотношение токов во включенном и выключенном состояниях. Экспериментально исследовать эти границы крайне сложно: контактные области имеют атомарные размеры, а их геометрию и электронную структуру трудно контролировать с необходимой точностью.

Для проверки своей методики специалисты KAIST выбрали однослойный дисульфид молибдена (MoS2) - перспективный двумерный полупроводник толщиной всего в один атом, который рассматривается как один из кандидатов на роль канального материала транзисторов следующего поколения. Они смоделировали контакты этого материала с различными металлами, включая скандий, серебро, золото и палладий, и рассмотрели две основные архитектуры соединения: верхний контакт и краевой контакт.

Расчеты показали, что критическая длина туннелирования - то расстояние, при котором электроны начинают существенно проникать в канал и мешать нормальной работе транзистора - не является постоянной величиной. Эта характеристика сильно зависит от работы выхода металла (энергии, необходимой для извлечения электрона из металла) и от атомарной геометрии самой контактной структуры. Иными словами, грамотный выбор материала электрода и способа его соединения с двумерным каналом позволяет отодвинуть квантовый предел миниатюризации дальше, чем считалось ранее.

Согласно результатам KAIST, при оптимальном сочетании металла и конфигурации контакта критическую длину туннелирования удается снизить до значений менее 4 нм - уже настоящих физических размеров, а не условных маркетинговых обозначений. В частности, для транзисторов n-типа более перспективными оказались верхние контакты с металлами, обладающими малой работой выхода, тогда как для p-типа предпочтительнее краевые контакты с металлами высокой работы выхода. Эти данные дают инженерам новый инструмент: теперь можно заранее рассчитывать контактное сопротивление, оценивать режимы туннельной утечки и прогнозировать предельную масштабируемость 2D-транзисторов на атомном уровне, значительно сокращая количество дорогостоящих и трудоемких экспериментальных итераций.

<< Назад: Нанотехнологии против смывания пестицидов 21.06.2026

>> Вперед: Атомный секрет вечного блеска золота 20.06.2026

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Наушники Neurable One с мониторингом концентрации и усталости мозга 10.10.2026

Современные наушники постепенно превращаются из обычного аудиоустройства в персональный электронный помощник. Они уже умеют подавлять окружающий шум, анализировать качество звука и отслеживать некоторые параметры физического состояния человека. Американская компания Neurable пошла еще дальше и предложила использовать наушники для оценки активности мозга, чтобы определить, насколько человек сосредоточен, испытывает умственное напряжение или начинает уставать. Новая модель получила название Neurable One и оснащена 12 датчиками, способными регистрировать электрическую активность мозга. В основе технологии лежит электроэнцефалография, или EEG, применяемая для фиксации электрических сигналов, возникающих при работе нервной системы. Датчики размещены во внутренних накладках наушников и начинают получать информацию сразу после того, как пользователь надевает устройство. Затем специальное приложение анализирует полученные данные и оценивает текущее состояние человека. Разработчики предус ...>>

Климатический кризис меняет питание детей и влияет на их здоровье 09.10.2026

Когда говорят о влиянии климатических изменений на здоровье человека, чаще всего вспоминают экстремальную жару, наводнения, засухи или лесные пожары. Однако последствия глобального потепления могут проявляться гораздо менее заметно. Один из таких механизмов связан с продовольствием: изменения климата способны влиять на урожайность, стоимость продуктов и их доступность, а через это - на качество питания детей. Особое значение эта проблема приобретает в первые годы жизни. Дети в возрасте до пяти лет особенно чувствительны к недостатку необходимых питательных веществ, поскольку именно в этот период питание и окружающая среда тесно связаны с ростом организма, развитием и формированием иммунной системы. Если полноценная пища становится менее доступной, последствия могут проявляться не сразу, но отражаться на здоровье ребенка в дальнейшем. Бразильские исследователи попытались определить, где подобные проблемы могут пересекаться с климатическими факторами. Для этого специалисты разработ ...>>

Случайная новость из Архива Высокоскоростной цифро-аналоговый преобразователь ISL5627 25.03.2004 Высокоскоростной цифро-аналоговый преобразователь ISL5627 от INTERSIL имеет два канала по 8 разрядов, скорость преобразования 260 мегаотсчетов в секунду и напряжение питания 3,3 В. Разработан специально для телекоммуникационных применений.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026