Электронная «переправа»: российские физики открыли новый механизм туннелирования в нанотранзисторах

Исследователи из МФТИ и Института проблем технологии микроэлектроники РАН в сотрудничестве с иностранными партнерами выявили, что в нанотранзисторах электроны способны преодолевать сверхтонкие барьеры по сложным траекториям, которые оказываются эффективнее прямого пути. Согласно данным пресс-службы МФТИ, данная научная работа закладывает фундамент для прецизионной диагностики материалов, предназначенных для полупроводниковой индустрии следующего поколения.

В современной наноэлектронике функции изоляционного барьера зачастую возлагаются на гексагональный нитрид бора (hBN). Ранее превалировало мнение, что носители заряда пересекают этот слой преимущественно посредством упругого туннелирования без энергетических потерь, лишь изредка используя структурные дефекты как промежуточные точки. Однако российские физики продемонстрировали, что при наличии двух близко расположенных дефектов динамика процесса меняется: частицам энергетически выгоднее совершить последовательный переход с потерей энергии, нежели следовать по прямому маршруту.

Выявленный эффект послужил базой для разработки метода туннельной спектроскопии беспрецедентной разрешающей способности. Ученым удалось с высокой точностью измерить ширину запрещенной зоны в двухслойном графене и структурах с муаровой сверхрешеткой, а также верифицировать угол взаимного разворота кристаллических плоскостей.

По мнению авторов работы, это открытие трансформирует фундаментальные представления о физических процессах в наномасштабе и открывает широкие возможности для конструирования транзисторов со сверхнизким энергопотреблением. Доктор физико-математических наук Дмитрий Свинцов предложил наглядную интерпретацию явления:

«Представьте задачу — преодолеть бурную реку. Прямой прыжок с берега на берег требует колоссальных затрат энергии. Однако если в воде находятся два устойчивых камня, гораздо разумнее совершить два коротких шага, даже если в процессе перехода вы немного оступитесь. В мире нанотехнологий подобный «обходной маневр» через соседствующие дефекты становится решающим фактором проводимости». 

Научный проект реализован международным консорциумом при участии специалистов из Японии, Китая, Сингапура и Армении. Полученные результаты имеют критическое значение для прогресса наноэлектроники и создания инновационных приборов с расширенным функциональным потенциалом.

Источник: iXBT