Negativni kapacitet pomaže računalima da rade s manje energije
Američki istraživači izradili su kristalne strukture koje bi računalna industrija mogla ugraditi u napredne silicijeve tranzistore i tako dobiti energetski učinkovitija računala
Računala su sve manja i snažnija, ali zahtijevaju mnogo energije za rad. No, inženjeri Kalifornijskog sveučilišta Berkeley (UC) poigrali su se dizajnom komponente tranzistora, a dobiveni rezultat mogao bi značajno smanjiti potrošnju energije bez žrtvovanja performansi. Prema istraživačima, komponenta nazvana oksid vrata (gate oxide) igra ključnu ulogu u uključivanju i isključivanju tranzistora.
Negativni kapacitet
"Uspjeli smo pokazati da je naša tehnologija bolja od komercijalno dostupnih tranzistora", pohvalio se profesor elektrotehnike i računalnih znanosti Sayeef Salahuddin.
Ovo povećanje učinkovitosti omogućio je takozvani negativni kapacitet koji je Salahuddin teoretski predvidio još 2008. i dokazao u feroelektričnom kristalu 2011. godine.
Nova studija pokazuje kako se negativni kapacitet može postići u kristalu koji se sastoji od slojeva hafnijevog i cirkonijevog oksida, kompatibilnog s naprednim silicijevim tranzistorima. Studija je pokazala kako negativni učinak kapacitivnosti može značajno smanjiti napon potreban za upravljanje tranzistorima, a time i količinu energije koju troši računalo.
Periodična struktura
Negativni kapacitet može poboljšati performanse oksida vrata smanjenjem količine napona potrebnog za postizanje zadanog električnog naboja. Ali učinak se ne može postići u bilo kojem materijalu, uz pažljivu manipulaciju feroelektricitetom. Negativna kapacitivnost dobivena je u periodičnoj strukturi (superlattice) koja dovodi do istovremenog fenomena feroelektričnosti i anti-feroelektričnosti.
"Otkrili smo da ova kombinacija daje još bolji učinak negativne kapacitivnosti, što pokazuje da je fenomen negativne kapacitivnosti puno širi nego što se prvobitno mislilo", kažu istraživači.
Dva nanometra
Pokazalo se kako najbolji negativni učinak kapacitivnosti daje periodična struktura sastavljena od tri atomska sloja cirkonijevog oksida u sendviču između dva pojedinačna atomska sloja hafnijevog oksida, ukupne debljine manje od dva nanometra.
A budući da većina silicijevih tranzistora već koristi dvonanometarska oksid vrata sastavljena od hafnijevog oksida na vrhu silicijevog dioksida te da se cirkonijev oksid također koristi u silicijskim tehnologijama, ove strukture mogu se lako integrirati u napredne tranzistore.
Istraživači su testirali kratkokanalne tranzistore i otkrili kako oni zahtijevaju oko 30 posto manji napon uz zadržavanje standarda poluvodičke industrije, bez gubitka pouzdanosti u usporedbi s postojećim tranzistorima.
