Napredna mikroelektronika ne raspada se sama od sebe

Mehanizam koji drži nove feroelektrične poluvodiče zajedno stvara vodljivi put koji bi mogao omogućiti izradu tranzistora velike snage

Mladen Smrekar petak, 9. svibnja 2025. u 09:15
Molekularna epitaksija snopa (MBE) pomogla je istraživaćima da shvate zašto se  materijal ne raspada kad podržava dva suprotna električna polja  📷 Marcin Szczepanski, Michigan Engineering
Molekularna epitaksija snopa (MBE) pomogla je istraživaćima da shvate zašto se materijal ne raspada kad podržava dva suprotna električna polja Marcin Szczepanski, Michigan Engineering

Takozvani wurtzitni feroelektrični nitridi (wurtzite ferroelectric nitridess) nova su klasa materijala koji posjeduju šesteročlanu heksagonalnu mrežu i istovremeno pokazuju feroelektričnost, mogućnost preokretanja spontanog električnog polarizacijskog vektora primjenom vanjskog električnog polja. Poznato je da ovi poluvodiči mogu pohraniti ​​informacije u električnim poljima i da bi zbog toga mogli omogućiti računala koja rade s manje energije, senzore s kvantnom preciznošću i pretvorbu signala između električnih, optičkih i akustičnih oblika.

Izračunati strukturni model izvijene 2D heksagonalne fazne strukture s visećim vezama, na horizontalnom spoju između različito polariziranih materijala 📷 Zetian Mi i sur.
Izračunati strukturni model izvijene 2D heksagonalne fazne strukture s visećim vezama, na horizontalnom spoju između različito polariziranih materijala Zetian Mi i sur.

Kako se dvije suprotne električne polarizacije održavaju u istom materijalu nije bilo poznato sve dok inženjeri Sveučilišta u Michiganu nisu otkrili razlog zašto se wurtzitni feroelektrični nitridi ne raspadaju sami od sebe. Oni su naime uočili prekid na atomskoj razini u materijalu, ali i da taj prekid stvara ljepilo koje ga drži zajedno. Na horizontalnom spoju, gdje se susreću dva pozitivna kraja, kristalna struktura se lomi i stvara veze koje sadrže negativno nabijene elektrone koji savršeno uravnotežuju višak pozitivnog naboja na rubu svake domene unutar poluvodiča.

Geometrija tetraedra

Ovo poništavanje naboja nije samo sretna slučajnost, pojašnjavaju istraživači u časopisu Nature, nego izravna posljedica geometrije tetraedara. To ga čini univerzalnim stabilizacijskim mehanizmom u svim tetraedarskim feroelektricima, klasi materijala na kojoj počiva budućnost mikroelektroničkih uređaja.

Transmisijski elektronski mikroskop u Michiganskom centru za karakterizaciju materijala pomogao je u otkriću strukture novog materijala 📷 Marcin Szczepanski, Michigan Engineering
Transmisijski elektronski mikroskop u Michiganskom centru za karakterizaciju materijala pomogao je u otkriću strukture novog materijala Marcin Szczepanski, Michigan Engineering

Osim što drže materijal na okupu, elektroni u visećim vezama stvaraju podesivu "superautocestu" za elektricitet duž spoja, s oko 100 puta više nositelja naboja nego u normalnom tranzistoru od galijevog nitrida. Ona se može uključivati ​​i isključivati, pomicati unutar materijala i učiniti manje ili više vodljivom preokretanjem, pomicanjem, pojačavanjem ili slabljenjem električnog polja.