Светоизлучающий транзистор - новый этап в развитии электроники

Компания Hitachi представила новый транзистор, который способен излучать свет, принимать излучение и контролировать его уровень, и всё это в крошечном чипе размером с несколько нанометров. Ученым удалось соединить LET c приемником излучения и таким образом продемонстрировать возможность его интеграции в целый ряд микроэлектронных и фотонных устройств.

С помощью LET можно осуществлять оптические соединения отдельных транзисторов гораздо эффективнее, чем это сейчас делается с помощью медных проводников. Основным положительным итогом такой технологии является сокращение энерговыделения микросхем. К тому же есть и другие очевидные плюсы - отсутствует задержка сигнала из-за наличия составляющей комплексного сопротивления.

Как и в обычных полевых транзисторах, в LET используются эффектов квантового ограничения движения электронов и дырок. Уменьшая толщину кристалла кремния до масштабов нанометра, ученые получили своеобразную монокристаллическую пленку, примыкающую к "толстым" кремниевым электродам.

При этом полупроводники n-типа (с избытком электронов) и р-типа (с избытком дырок) находятся на очень небольшом расстоянии друг от друга, разделенные переходной зоной. В этом устройстве нет пассивирующего покрытия из диоксида кремния, обычно присутствующего в кремниевых структурах наномасштабов. При латеральной инжекции в промежуточный слой кремния эффективно диффундировали как электроны, так и дырки.

В этом устройстве p-n-переход является светоизлучающим диодом на основе кремния толщиной около 9 нм. Кремний действует как квантовая яма, ограничивая перемещение зарядов двумя измерениями и формируя таким образом своеобразную стоячую волну из одного электрона.

Благодаря такому ограничению в перемещении электрона интенсивность электролюминисценции сильно возрастает. Основной замысел ученых заключался в том, чтобы электроны в такой двумерной зоне проводимости вели себя подобно электронам в запрещенной зоне.

В объеме кремния электроны ведут себя как в зоне проводимости, двигаясь быстро с большим импульсом. Однако в ультратонком слое кремния совсем иное дело - в направлении, перпендикулярном тонкому слою, движения практически нет.

Исследователи из Hitachi зарегистрировали ИК-излучение с помощью другого транзистора, расположенного рядом. Этот транзистор был электрически изолирован от светоизлучающего, хотя и расположен на той же кремниевой пластине. Ученым удалось зарегистрировать уровень излучения, убедиться в том, что "фототок" растет с ростом напряжения на p-n-переходе и спадает при отключении напряжения.

Таким образом, была принципиально показана возможность интеграции в одном чипе электронных и фотонных устройств. Для массового производства подобных устройств предстоит преодолеть множество технических трудностей, однако ученые уже видят решение большинства этих проблем.

Стоит отметить, что в 2004 г. американские ученые Ник Холоняк (Nick Holonyak Jr, на фото) и Милтон Фенг (Milton Feng) сообщили о генерации инфракрасного излучения в биполярном транзисторе в процессе рекомбинации в слоях InGaP и GaAs электронов и положительно заряженных дырок.