Сверхбыстрые MIM-диоды поставят на поток

Исследователи из Университета штата Орегон решили одну из основных проблем в области фундаментальной науки – им удалось найти дешевый способ создания высокопроизводительных металл-диэлектрик-металл (MIM) диодов.

"Исследователи пытались сделать это на протяжении десятилетий, но без успеха, - рассказывает профессор химии Дуглас Кесзлер (Douglas Keszler). - Современные технологии производства MIM-диодов дают большой процент брака и изделия с невысокой производительностью. Это грандиозное открытие – теперь мы можем производить электронные изделия с большой скоростью и в огромных масштабах и при этом по очень низким ценам, более низким, чем стоимость современной электроники. К тому же, новая технология - это, возможно, единственный способ устранить существующие ограничения скорости перемещения электронов в материалах".

MIM-диод имеет простую конструкцию, но изготовить устройство с нужными характеристиками сложно

Обычная электроника сделана из кремниевых материалов и работает на базе транзисторов, которые помогают управлять потоком электронов. Однако этот, сравнительно быстрый (в плане производства) и недорогой подход по-прежнему ограничен скоростью перемещения электронов через токопроводящие материалы. И с появлением все более быстрых компьютеров и более сложных продуктов, таких как жидкокристаллические дисплеи, современные технологии уже приближаются к пределу своих возможностей.

MIM-диод может быть использован для выполнения тех же функций, что и обычные электронные компоненты, но работает он принципиально иначе. Это устройство похоже на бутерброд с изолятором в середине и двумя слоями металла сверху и снизу. Электрону не нужно долгое время путешествовать по материалу – он проскакивает по "тоннелю" MIM и почти мгновенно появляется на другой стороне. Квантово-механический процесс туннелирования возникает, когда частица с меньшей энергией становится способной преодолевать теоретически непреодолимый "высокий" барьер - изолятор. Это можно сравнить со снежком, который пробивает бетонную стену. На макроуровне это невозможно, но в квантовой механике явление возникает. Причем чем меньше барьер и энергия частицы, тем больше эффект и выше быстродействие туннельного диода. До недавнего времени считалось, что эффект туннелирования можно получить только в узком диапазоне характеристик на границе контакта двух редкоземельных полупроводников.

Когда ученые из Университета штата Орегон впервые приступили к разработке более сложных материалов для индустрии дисплеев, они знали, что лучше всего им подойдут MIM-диоды, но не могли заставить их функционировать нужным образом и найти приемлемые способы массового производства. В настоящее время открытая технология позволит использовать в производстве MIM-диодов более дешевые и доступные металлы: медь, никель и алюминий. Суть ноу-хау - в использовании "контакта из аморфного металла", что позволяет создавать MIM-диоды при относительно низких температурах для производства устройств на различных подложках на больших площадях.

В настоящее время ученые университета проводят определенную предварительную работу по применению новой технологии в электронных дисплеях, но она, наверняка, найдет множество других применений. В частности, станет возможным создание быстродействующих компьютеров, которые не ограничены возможностями транзисторов. Также возможно появление систем, собирающих энергию, например излучаемую ночью земной поверхностью.

Новая технология, возможно, станет новым способом быстрого изготовления дешевой электроники в огромном масштабе.