Американские ученые разработали микроэлектронное устройство, проводимость которого может возрастать под воздействием инфракрасного излучения малой мощности. Результаты исследования представлены в журнале Nature Communications.
Возможности современной микроэлектроники, например транзисторов, ограничены свойствами полупроводников. Их производительность сильно зависит от ширины запрещенной зоны и скорости электронов основного материала (часто это кремний или арсенид галлия). Увеличить проводимость позволяет замена полупроводникового канала на газ или вакуум, в который высвобождаются электроны. Однако такое высвобождение требует высоких температур (более 537 градусов Цельсия) и напряжения (не менее 100 вольт), что мало реализуемо в микроэлектронных устройствах.
Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали метаповерхность, которая обеспечивает проводимость за счет фотоэмиссии. На подложку из кремния и диоксида кремния они поместили массив золотых наноструктур высотой 225 и толщиной 70 нанометров. Устройство сконструировано так, что при приложении постоянного тока (до 10 вольт) и лазера непрерывного излучения (5–40 ватт на сантиметр в минус второй степени) на нем образуются точки высокочастотного электрического поля. Эти точки обеспечивают достаточную мощность для высвобождения электронов из металла.
Испытания показали, что даже при минимальном воздействии лазера проводимость поверхности возрастает со 100 до 800 наноампер. При этом высвобождающимися электронами можно управлять с помощью внешнего электрического или магнитного поля. По словам авторов, в ходе тестов устройство помещалось в вакуумную камеру, чтобы предотвратить формирование вокруг него газовой плазмы. Вместе с тем все описанные эффекты повторялись при атмосферном давлении с некоторыми различиями.
«Наше устройство не заменит все полупроводники, но может стать приоритетным для некоторых приложений, например высокочастотных или высокоэнергетических. Теперь нам необходимо выяснить, насколько эта разработка масштабируема и каковы пределы ее производительности», — сообщил соавтор работы Дэн Сивенпайпер (Dan Sievenpiper). Он добавил, что команда также изучает возможности для использования технологии в других областях: фотохимии и фотокатализе.
