Экспериментальная электронная схема, изготовленная с применением кремниевых нанопроводников, толщиной 3 нанометра, может стать первой электронной схемой нового поколения, заявили исследователи компании IBM, разработавшие и изготовившие эту схему. Анонс новой технологии, разработанной учеными из Исследовательского центра IBM Томаса Дж. Уотсона, был сделан на ежегодном симпозиуме по Технологиям VLSI, в Гонолулу. Согласно предоставленной информации, изготовленная электронная схема представляет собой кольцевой тактовый генератор, построенный на базе полевых транзисторов (Field-Effect Transistors, FET), соединенных кремниевыми нанопроводниками толщиной в 3 нанометра. В общей сложности схема состоит из 25 инверторов, составленных из транзисторов, имеющих как прямую, так и обратную проводимость.

По динамическим характеристикам схема показала высокое быстродействие, задержка распространения сигнала в пределах одного инвертора составляла всего 10 пикосекунд. Это было достигнуто за счет того, что при разработке схемы были использованы полевые транзисторы оригинальной конфигурации, имеющие меньшую длину проводящего канала, чем у традиционных транзисторов. Такое сокращение длины канала, помимо улучшения динамических и электрических характеристик транзисторов, будет играть значительную роль когда дело коснется вопроса еще большей миниатюризации кремниевых полупроводниковых схем.

Поскольку длина канала становится меньшей, то для устойчивой работы таких транзисторов требуется меньшая толщина диэлектрического слоя, разделяющего затвор и проводящий канал. Но меньшая толщина диэлектрика влечет за собой увеличение величины токов утечек, которые могут достигнуть значения, при котором транзистор, один раз включившись, уже не сможет больше выключиться, т.е. практически будет неработоспособен. Поэтому ученые использовали достаточно оригинальное решение. Толщина диэлектрического слоя была оставлена на прежнем уровне, но была значительно увеличена площадь затвора, электрод которого был буквально обернут вокруг цилиндрической структуры проводящего канала.

Еще одной проблемой, которую удалось решить ученым, используя полевые транзисторы нового типа, была проблема того, что при использовании обычных технологических процессов изготовления полупроводников, при приближении к пределу 20-22 нанометров, становится тяжело соблюсти точную концентрацию добавок к кремнию, которые влияют на электрические характеристики транзисторов. Таким образом получаются транзисторы с различным напряжением отпирания, к примеру, и, как следствие, с различными динамическими характеристиками. В транзисторах нового типа за счет дополнительной площади управляющего электрода необходимость в добавках к кремнию совершенно отпадает, так же как отпадает и вышеуказанная проблема.

В дополнение ко всем вышеуказанным преимуществам новых полевых транзисторов можно добавить еще то, что изготовление электронных схем по новой технологии может производиться на оборудовании для производства обычных полупроводниковых схем CMOS (complementary metal-oxide semiconductor).

На прошлогоднем симпозиуме VLSI, команда ученых компании Samsung Electronics уже демонстрировала подобные полевые транзисторы с затвором, обернутым вокруг канала. Но транзисторы компании Samsung были простыми одиночными транзисторами и в качестве электродов использовали кремниевые нанопроводники, толщиной в 13 нанометров. Таким образом, ученым IBM удалось не только уменьшить габариты транзисторов и улучшить их характеристики, но и разработать технологию, которая позволяет изготавливать на основе новых транзисторов сложные электронные схемы. Согласно заявлению IBM, микросхемы на основе новых транзисторов и изготовленные по новой технологии могут появиться через несколько лет.