Napredak istraživanja novih tranzistorskih materijala

Ograničenja tradicionalnih tranzistorskih materijala
Uglavnom temeljeni na siliciju (Si), nakon desetljeća razvoja, tranzistori temeljeni na siliciju naširoko su korišteni u raznim elektroničkim proizvodima. Međutim, kako se veličine uređaja i dalje smanjuju, tranzistori temeljeni na siliciju suočavaju se sa sljedećim izazovima:
Učinak veličine: Kada se veličina tranzistora smanji do određene mjere, počinju se javljati kvantni učinci koji utječu na performanse i stabilnost uređaja.

Problem s potrošnjom energije:Struja curenja tranzistora malih dimenzija se povećava, što dovodi do povećanja potrošnje energije i izraženih problema s odvođenjem topline.

Ograničenje brzine:Ograničena pokretljivost elektrona silicijevih materijala utječe na brzinu prebacivanja tranzistora.

Kako bi se pozabavili ovim problemima, istraživači su počeli istraživati ​​nove materijale kako bi poboljšali performanse tranzistora, nastavljajući s Mooreovim zakonom.

Napredak istraživanja novih tranzistorskih materijala
Galijev arsenid (GaAs) i indijev fosfid (InP)
Ima visoku mobilnost elektrona i pogodan je za elektroničke uređaje velike brzine. U usporedbi sa silicijem, GaAs i InP tranzistori mogu pružiti veću brzinu prebacivanja i niži šum. Stoga su naširoko korišteni u visokofrekventnim komunikacijama, radarima, satelitima i optoelektroničkim uređajima. Međutim, troškovi proizvodnje ovih materijala su veći, a složenost procesa je također veća nego kod silicija.

Materijali na bazi ugljika: grafen i ugljikove nanocijevi
Zbog izvrsnih električnih i mehaničkih svojstava, smatra se tranzistorskim materijalom koji najviše obećava za budućnost. Grafen ima izuzetno visoku pokretljivost elektrona i može postići ultra brzi prijenos elektrona, što ga čini pogodnim za brze računalne i komunikacijske uređaje. Ugljikove nanocijevi imaju veliku čvrstoću i fleksibilnost, te se mogu koristiti za proizvodnju fleksibilnih elektroničkih uređaja. Međutim, proizvodnja velikih razmjera i tehnologija integracije grafena i ugljikovih nanocijevi još uvijek je u fazi istraživanja.

Molibden disulfid (MoS2) i drugi dvodimenzionalni materijali
Uz debljinu atomske razine i izvrsnu pokretljivost elektrona, prikladan je za ultratanke elektroničke uređaje visokih performansi. MoS2 tranzistori pokazuju izvrsne sklopne karakteristike i nisku potrošnju energije na subnanometarskoj skali, što ih čini prikladnima za sljedeću generaciju elektroničkih uređaja male snage. Drugi dvodimenzionalni materijali kao što su borov nitrid (BN) i volframov disulfid (WS2) također se proučavaju za višenamjenske elektroničke uređaje.

Galijev oksid (Ga2O3) i širokopojasni poluvodiči
Sa karakteristikama širokog pojasnog razmaka, pogodan za elektroničke uređaje velike snage i visoke frekvencije. U usporedbi s tradicionalnim uređajima temeljenim na siliciju, tranzistori Ga2O3 mogu raditi stabilno na visokim temperaturama i naponima, što ih čini prikladnima za energetsku elektroniku i nova energetska polja. Drugi širokopojasni poluvodiči kao što su galijev nitrid (GaN) i silicijev karbid (SiC) također su pokazali izvrsne performanse u elektroničkim uređajima velike snage.

Mogućnosti primjene novih tranzistorskih materijala
Računalstvo i komunikacija visokih performansi
Sposoban pružiti veću mobilnost elektrona i brzinu prebacivanja, pogodan za računalstvo visokih performansi i komunikacijske uređaje velike brzine. Na primjer, tranzistori od grafena i GaAs mogu značajno poboljšati performanse računalnih procesora i komunikacijskih čipova, zadovoljavajući potrebe 5G i buduće 6G komunikacije.

Elektronički uređaji male snage
Karakteristike niske potrošnje energije dvodimenzionalnih materijala kao što je MoS2 čine ih prikladnima za prijenosne elektroničke uređaje i IoT uređaje. Korištenjem ovih novih materijala može se produžiti trajanje baterije i poboljšati izdržljivost uređaja.

Fleksibilna elektronika i nosivi uređaji
Primjena ugljikovih nanocijevi i drugih fleksibilnih materijala potaknut će razvoj fleksibilne elektronike i nosivih uređaja. Visoka čvrstoća i fleksibilnost ovih materijala omogućuje elektroničkim uređajima da se savijaju i preklapaju, što ih čini prikladnima za nova područja kao što su pametna odjeća i uređaji za praćenje zdravlja.

Nova energija i energetska elektronika
Primjena širokopojasnih poluvodiča kao što su GaN i SiC u elektroničkim uređajima velike snage i visokih frekvencija promicat će razvoj nove energetske i energetske elektronike. Ovi materijali mogu raditi stabilno pod visokom temperaturom i visokim naponom i prikladni su za područja kao što su električna vozila i oprema za proizvodnju obnovljive energije.

Budući izazovi i pravci razvoja
Iako su novi tranzistorski materijali pokazali velik potencijal, njihova se velika primjena još uvijek suočava s mnogim izazovima. Prvo, visoki troškovi proizvodnje i složenost procesa novih materijala ograničavaju njihovu komercijalnu primjenu u velikim razmjerima. Drugo, stabilnost i konzistentnost materijala se još moraju dodatno pozabaviti kako bi se osigurala dugoročna pouzdanost uređaja. Osim toga, utjecaji novih materijala na okoliš i zdravlje također su važni aspekti kojima treba posvetiti pozornost. Kako postići zelenu proizvodnju i održivi razvoj ključ je budućih istraživanja.

U svrhu promicanja istraživanja i primjene novih tranzistorskih materijala potrebno je ojačati interdisciplinarnu suradnju i integrirati znanja i tehnologije iz znanosti o materijalima, fizike, elektroničkog inženjerstva i drugih područja. U isto vrijeme, vlada i poduzeća trebaju povećati svoju potporu temeljnom istraživanju i industrijalizaciji, uspostaviti zdrav sustav tehnoloških inovacija i ekologiju industrijskog lanca.

U ovoj eri punoj izazova i prilika, napredak istraživanja novih tranzistorskih materijala donijet će novi razvojni zamah elektroničkoj industriji. Kroz kontinuirano istraživanje i inovacije, imamo razloga vjerovati da će budući elektronički uređaji biti učinkovitiji, inteligentniji i ekološki prihvatljiviji, donoseći više pogodnosti i iznenađenja u ljudski život.

https://www.trrsemicon.com/transistor/mosfet-transistor/mosfet-si2309.html