«Живые» электроды обещают возрождение традиционной кремниевой электроники
Миниатюризации электронных устройств препятствует их усложнение, а увеличение скорости порождает рост энергопотребления и выделения тепла, которое с уменьшением размеров отводить все труднее. Может сложиться пессимистичное впечатление, что развитие традиционной кремниевой электроники зашло в тупик, но изобретение ученых Института научных и промышленных исследования Осакского университета свидетельствует об обратном.
Они нашли способ улучшения производительности, о котором рассказали в ACS Applied Electronic Materials — нанесение на кремниевую подложку узора из метаматериала для ускорения потока электронов. Это многообещающий метод, но проблема заключается в том, чтобы регулировать свойства метаматериала в реальном времени.
В поисках решения исследовательская группа изучила диоксид ванадия VO2. Для этого вещества возможны локальные изменения проводимости под действием температуры, благодаря чему в слое диэлектрика можно формировать крошечные динамические электроды — ученые назвали их «живыми».
Идею проверили на прототипе кремниевого фотодетектора, работающего в терагерцовом диапазоне.
«Мы создали терагерцовый фотодетектор, содержащий VO2 в качестве метаматериала. Для изготовления высококачественного слоя VO2 на кремниевой подложке использовался точный метод обработки. Контролируемая манипуляция металлическими доменами внутри слоя VO2 превзошла традиционные ограничения по размеру, что позволило нам использовать регулирование температуры для модуляции отклика кремниевой подложки на терагерцовый свет», — рассказал доцент Ай Осака с кафедры электронной и информационной инженерии Университета Хёго.
Под влиянием температуры металлические домены в VO2 образовывали проводящую сеть, которая управляла локализованным электрическим полем в слое кремния, увеличивая его чувствительность к терагерцовому свету.
«Нагрев фотодетектора до 56 °C привел к заметному усилению сигнала. Мы приписали его эффективной связи между слоем кремния и динамической проводящей сетью микроэлектродов VO2 при такой температуре. То есть контролируемая температурой структура метаматериала VO2 регулировала усиление электрического поля и таким образом влияла на ионизацию в кремнии», — добавила доцент кафедры трехмерной наноструктурной науки Азуса Хаттори, старший автор исследования.
Ученые уверены, что у кремния в сочетании с метаматериалами (материалами с особыми свойствами, не существующими в природе) большой потенциал в создании современной электроники не только для связи 6G, но и для других применений, включая медицину, проверку пищевых продуктов, контроль качества фармацевтических препаратов и обнаружение опасных материалов.
