Разделы

Цифровизация Инфраструктура

Ученые изобрели туннельный диод из органического полимера

Ученые из государственного университета Огайо (Ohio State University) изобрели новый туннельный диод из органического полимера, который может способствовать в будущем созданию гибкого, менее энергоемкого модуля памяти для компьютера и пластиковых логических схем для компьютерных чипов.

Сегодня в компьютерных чипах в основном используется неорганический кремний. Диод пропускает электрический ток при комнатной температуре. По словам профессора Пола Бергера (Paul Berger) и университета Огайо, структура диода способствует более простому и недорогому производству смарт-карт и других устройств памяти.

В экспериментах ученым удалось создать логический коммутатор на базе двух диодов, питаемый от обычной батареи для часов.

Запатентованное изобретение описано учеными в текущем выпуске научного журнала Applied Physics Letters.

Большинство пластических веществ не проводят электрический ток. Однако это не остановило ученых в попытке создать пластиковый компьютерный чип, который можно было бы использовать в легких, гибких электронных устройствах. Ранее некоторым исследователям с большим трудом удавалось проводить ток через пластик при низких температурах путем манипулирования его отдельными молекулами. Подобные эксперименты также довольно сложны для воспроизведения.

Ученые под руководством Бергера иначе подошли к решению проблемы. Вместо работы с отдельными молекулами ученые нанесли тонкий слой пластика поверх обычного материала для изготовления чипов, со специально разработанным слоем оксида титана между ними.

Идею для данного эксперимента подал студент-физик из Огайо Сита Азар (Sita Asar), разрабатывавший пластиковый солнечный элемент в лаборатории Бергера, который преобразовывал солнечную энергию в электрическую.

При анализе результатов одного из экспериментов Азара, Бергер заметил нечто необычное - крошечный всплеск на гладкой линии графика, отображавшего величину электрического тока, проходившего сквозь материал. При низких напряжениях ток подскакивал, а затем принимал обычную величину.

При более тщательном рассмотрении эффекта, он заметил, что в пластике возникал эффект отрицательного дифференциального сопротивления (negative differential resistance), при котором ток снижается при определенных увеличениях напряжения, что напоминало эффект, возникающий в полупроводниковых устройствах, называемых туннельный диод.

Диоды проводят ток в одном направлении и обычно используются в качестве усилителей для таких устройств как стереоколонки. Туннельные диоды получили такое название благодаря пропусканию тока с помощью эффекта, известного как туннелирование, который позволяет электронам беспрепятственно проходить через барьеры.

Позднее Бергер работал со студентами-выпускниками Ву-Джун Юном (Woo-Jun Yoon) и Сунг-Йонг Чунгом (Sung-Yong Chung) над усовершенствованием структуры полимерного туннельного диода, который выдавал всплеск, аналогичный получаемому при работе с солнечным элементом, однако более помехоустойчивый и стабильный. Также они провели исследования по изучению физического механизма, создававшего данный эффект.

«Аскон» перешла с Cisco Webex на отечественный сервис для совещаний
Импортозамещение ВКС

До сих пор группа ученых пытается выяснить до конца, каким образом им удалось достичь данных эффектов в пластике без манипулирования отдельными молекулами.

По словам Бергера, ключевую роль играет титан, поскольку при замене титана в экспериментах на какой-либо другой элемент эффект пропадал.

Другие ученые пытались соединить полимерные туннельные диоды с оксидом титана, но безуспешно. Попытка удалась, когда Бергер решил расположить слой из чистого титана поверх чипа и затем подвергнуть его окислению, вместо нанесения оксида титана сразу, как делали другие. Бергер подозревал, что именно тщательный контроль процесса окисления способствовал повышенному функционированию диода.

Бергеру со студентами удалось соединить два пластиковых туннельных диода для формирования простого логического затвора, который записывает данные на компьютерный чип.

Параллельный импорт серверного оборудования: какие «подводные камни» стоит учесть?
Инфраструктура

Затвор функционирует при питании в 1,5 вольт, что эквивалентно батарее от часов. Также затвор работает при комнатной температуре. По словам Бергера, полученные результаты дают основания полагать, что однажды его можно будет встроить в обычные компьютерные чипы для устройств, потребляющих мало энергии.

Более того, вместе со студентами профессор создал пластиковый слой с помощью процесса центробежного литья, который значительно дешевле процессов, используемых в настоящее время при производстве кремниевых чипов.

Среди положительных моментов Бергер отметил, что изобретение, возможно, приведет к тому, что электроника полностью будет изготавливаться из пластика.

Берегр предвидит появление легких, портативных электронных устройств с модулями памяти и логическими схемами на основе сплава кремния и пластика, гибких и потребляющих меньше энергии.