Napredak istraživanja novih tranzistorskih materijala

Ograničenja tradicionalnih tranzistorskih materijala
Uglavnom bazirani na silicijumu (Si), nakon decenija razvoja, tranzistori na bazi silicijuma su se široko koristili u raznim elektronskim proizvodima. Međutim, kako se veličine uređaja i dalje smanjuju, tranzistori na bazi silikona suočavaju se sa sljedećim izazovima:
Efekt veličine: Kada se veličina tranzistora smanji do određene mjere, kvantni efekti počinju da se pojavljuju, utičući na performanse i stabilnost uređaja.

Problem potrošnje energije:Struja curenja tranzistora malih dimenzija se povećava, što dovodi do povećanja potrošnje energije i izraženih problema sa disipacijom toplote.

Ograničenje brzine:Ograničena pokretljivost elektrona silicijumskih materijala utiče na brzinu prebacivanja tranzistora.

Da bi se pozabavili ovim problemima, istraživači su počeli da istražuju nove materijale kako bi poboljšali performanse tranzistora dok su nastavili sa Murovim zakonom.

Napredak istraživanja novih tranzistorskih materijala
Galijev arsenid (GaAs) i indijum fosfid (InP)
Ima veliku pokretljivost elektrona i pogodan je za elektronske uređaje velike brzine. U poređenju sa silicijumom, GaAs i InP tranzistori mogu obezbediti veću brzinu prebacivanja i manji šum. Zbog toga su se široko koristili u visokofrekventnim komunikacijama, radarima, satelitima i optoelektronskim uređajima. Međutim, cijena proizvodnje ovih materijala je veća, a složenost procesa je također veća nego kod silicija.

Materijali na bazi ugljika: grafen i ugljične nanocijevi
Zbog svojih odličnih električnih i mehaničkih svojstava, smatra se najperspektivnijim tranzistorskim materijalom za budućnost. Grafen ima izuzetno veliku pokretljivost elektrona i može postići ultra brzi prijenos elektrona, što ga čini pogodnim za brze računarske i komunikacijske uređaje. Ugljične nanocijevi imaju veliku čvrstoću i fleksibilnost i mogu se koristiti za proizvodnju fleksibilnih elektronskih uređaja. Međutim, velika proizvodnja i tehnologija integracije grafena i ugljičnih nanocijevi je još uvijek u fazi istraživanja.

Molibden disulfid (MoS2) i drugi dvodimenzionalni materijali
Sa debljinom atomskog nivoa i odličnom mobilnošću elektrona, pogodan je za ultra tanke elektronske uređaje visokih performansi. MoS2 tranzistori pokazuju odlične karakteristike prebacivanja i nisku potrošnju energije na subnanometarskoj skali, što ih čini pogodnim za sljedeću generaciju elektroničkih uređaja male snage. Drugi dvodimenzionalni materijali kao što su bor nitrid (BN) i volfram disulfid (WS2) se također proučavaju za multifunkcionalne elektronske uređaje.

Galijev oksid (Ga2O3) i poluvodiči sa širokim pojasom
Sa karakteristikama širokog pojasa, pogodan za elektronske uređaje velike snage i visoke frekvencije. U poređenju sa tradicionalnim uređajima na bazi silicijuma, Ga2O3 tranzistori mogu stabilno raditi na visokim temperaturama i naponima, što ih čini pogodnim za energetsku elektroniku i nova energetska polja. Drugi poluprovodnici sa širokim pojasom, kao što su galijum nitrid (GaN) i silicijum karbid (SiC) takođe su pokazali odlične performanse u elektronskim uređajima velike snage.

Izgledi primjene novih tranzistorskih materijala
Računarstvo i komunikacija visokih performansi
Sposoban da pruži veću mobilnost elektrona i brzinu prebacivanja, pogodan za računarstvo visokih performansi i uređaje za komunikaciju velike brzine. Na primjer, grafen i GaAs tranzistori mogu značajno poboljšati performanse kompjuterskih procesora i komunikacijskih čipova, zadovoljavajući potrebe 5G i buduće 6G komunikacije.

Elektronski uređaji male snage
Karakteristike niske potrošnje energije dvodimenzionalnih materijala kao što je MoS2 čine ih pogodnim za prijenosne elektronske uređaje i IoT uređaje. Korištenjem ovih novih materijala može se produžiti vijek trajanja baterije i poboljšati izdržljivost uređaja.

Fleksibilna elektronika i nosivi uređaji
Primjena karbonskih nanocijevi i drugih fleksibilnih materijala potaknut će razvoj fleksibilne elektronike i nosivih uređaja. Visoka čvrstoća i fleksibilnost ovih materijala omogućavaju elektronskim uređajima da se savijaju i savijaju, što ih čini pogodnim za nova područja kao što su pametna odjeća i uređaji za praćenje zdravlja.

Nova energetska i energetska elektronika
Primjena poluvodiča sa širokim pojasom kao što su GaN i SiC u elektronskim uređajima velike snage i visoke frekvencije će promovirati razvoj nove energetske i energetske elektronike. Ovi materijali mogu stabilno raditi pod visokim temperaturama i visokim naponom i pogodni su za polja kao što su električna vozila i oprema za proizvodnju obnovljive energije.

Budući izazovi i pravci razvoja
Iako su novi tranzistorski materijali pokazali veliki potencijal, njihova primjena velikih razmjera i dalje se suočava s mnogim izazovima. Prvo, visoki troškovi proizvodnje i složenost procesa novih materijala ograničavaju njihovu komercijalnu primjenu velikih razmjera. Drugo, stabilnost i konzistentnost materijala i dalje treba da se pozabave kako bi se osigurala dugoročna pouzdanost uređaja. Osim toga, utjecaji novih materijala na okoliš i zdravlje također su važni aspekti na koje treba obratiti pažnju. Kako postići zelenu proizvodnju i održivi razvoj je ključ budućih istraživanja.

Kako bi se promoviralo istraživanje i primjena novih tranzistorskih materijala, potrebno je ojačati interdisciplinarnu saradnju i integrirati znanje i tehnologiju iz nauke o materijalima, fizike, elektronskog inženjerstva i drugih oblasti. Istovremeno, vlada i preduzeća treba da povećaju svoju podršku za osnovna istraživanja i industrijalizaciju, uspostave zdrav sistem tehnoloških inovacija i ekologiju industrijskog lanca.

U ovoj eri punoj izazova i mogućnosti, napredak istraživanja novih tranzistorskih materijala donijet će novi zamah u razvoju elektroničke industrije. Kroz kontinuirano istraživanje i inovacije, imamo razloga vjerovati da će budući elektronski uređaji biti efikasniji, inteligentniji i ekološki prihvatljiviji, donoseći više pogodnosti i iznenađenja u ljudski život.

https://www.trrsemicon.com/transistor/mosfet-transistor/mosfet-si2309.html