Квантовые транзисторы: потенциальная альтернатива гибкой электронике?

Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории в сотрудничестве с Калифорнийским университетом в Ирвине создали транзисторы из квантовых точек для создания функциональных логических схем.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature в середине октября, исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории и Калифорнийского университета в Ирвине объясняют, как технология квантовых точек дает возможность объединить преимущества хорошо изученных неорганических полупроводников с химической технологичностью молекулярных систем. , представляя функциональную схему CMOS.

По словам исследователей, это нововведение обещает более дешевый и удобный в производстве подход к сложным электронным устройствам, которые могут быть изготовлены с помощью простых технологий, основанных на решениях. Но что такое квантовые точки и что делает это исследование значимым?

Что такое квантовые точки?

Квантовая точка - это искусственный наноразмерный кристалл, который может переносить электроны за счет квантовых эффектов. Одним из наиболее ценных заметных эффектов квантовых точек являются их фотолюминесцентные свойства, позволяющие им излучать свет различных цветов при воздействии ультрафиолетового света, что делает их полезными в различных приложениях.

Также возможно получить полупроводниковые квантовые точки, которые проявляют полупроводниковые свойства, и именно они необходимы для создания транзисторов с квантовыми точками, подобных тем, которые продемонстрировали в этой работе Лос-Аламосская национальная лаборатория (LANL) и Калифорнийский университет в Ирвине (UC Irvine). исследование.

Квантовые точечные транзисторы

Микроэлектроника уже давно полагается на кремний высокой чистоты, обрабатываемый в условиях чистых помещений, однако в последнее время микроэлектроника на основе кремния столкнулась с рядом проблем, связанных с технологиями, которые могут быть дешево изготовлены с использованием химических процессов за пределами таких сред. Коллоидные полупроводниковые наночастицы являются одним из таких примеров, которые из-за их небольшого размера и свойств, контролируемых квантовой механикой, называются коллоидными квантовыми точками.

Коллоидные квантовые точки состоят из ядра полупроводника, окруженного органическими молекулами.

Такая гибридная природа означает, что они сочетают в себе преимущества полупроводников с универсальностью молекулярных систем. Как таковые, они полезны для реализации новых типов гибких электронных схем, которые можно печатать на любой поверхности, что потенциально может принести пользу в таких ключевых областях, как бытовая электроника, безопасность и медицинские технологии.

«Потенциальные применения нового подхода к электронным устройствам, основанным на нетоксичных квантовых точках, включают печатные схемы, гибкие дисплеи, встроенную диагностику, носимые устройства, медицинские испытания, интеллектуальные имплантаты и биометрию», - сказал Виктор Климов. физик, специализирующийся на полупроводниковых нанокристаллах в LANL и ведущий автор статьи.

Хотя первые транзисторы с квантовыми точками были продемонстрированы около двух десятилетий назад, интеграция дополнительных устройств n- и p-типа в один и тот же слой квантовых точек была сложной задачей для исследователей.

В то время как другие исследовательские усилия исследовали использование нанокристаллов на основе свинца и кадмия для решения этой проблемы, это токсичные тяжелые металлы, которые ограничивают практическую применимость продемонстрированных устройств.

Решение проблемы токсичности

Однако, используя селенид меди и индия (CuInSe2), исследовательская группа LANL-UC Irvine продемонстрировала, что квантовые точки, лишенные тяжелых металлов, могут решить проблему токсичности, а также обеспечить прямую интеграцию n- и p-транзисторов в одной квантовой точке. слой.

Инновация, представленная в этом исследовании, позволяет исследователям определять транзисторы n- и p-типа, применяя контакты из золота и индия соответственно. Устройства были завершены нанесением общего слоя квантовых точек поверх контактов с предварительно нанесенным рисунком. Чтобы продемонстрировать практическую полезность своего подхода, исследователи создали функциональные КМОП-схемы, способные выполнять логические операции.

«Этот подход позволяет напрямую интегрировать произвольное количество дополнительных транзисторов p- и n-типа в один и тот же слой квантовых точек, приготовленный в виде непрерывной пленки без рисунка с помощью стандартного центрифугирования», - сказал Климов.