Insinyur Cambridge mengembangkan transistor IGZO berkekuatan sangat rendah

Para peneliti dari Universitas Cambridge telah mengembangkan transistor baru yang terbuat dari film tipis indium, galium dan seng oksida , yang beroperasi pada energi dari lingkungan. Desain transistor yang unik akan memungkinkan perangkat berfungsi tanpa baterai selama beberapa bulan atau bahkan bertahun-tahun. Teknologi tersebut membuka prospek luas untuk pengembangan elektronik yang dapat dipakai atau ditanamkan. Para ilmuwan mempresentasikan hasil pekerjaan mereka di jurnal Science pada 21 Oktober 2016.

“Ini akan mengarah pada model desain baru untuk sensor berdaya rendah ultra untuk antarmuka sentuh dan pemrosesan sinyal analog pada perangkat yang dapat dipakai dan ditanamkan. Semuanya sangat penting untuk Internet segala sesuatu, ”kata Arokia Nathan, profesor ilmu teknis, salah satu penulis penelitian ini.

Indium, galium, dan seng oksida (IGZO), yang merupakan pengembangan baru dari para insinyur Cambridge, adalah bahan semikonduktor yang digunakan untuk membuat transistor film tipis. Sejak 2012, transistor semacam itu telah digunakan di beberapa display panel datar, smartphone, dan tablet. Sampai sekarang, transistor IGZO belum dimasukkan ke dalam produksi massal karena peralatan yang mahal dan proses pembuatan sampel tunggal yang agak panjang. Ada kemungkinan bahwa teknologi yang digunakan untuk membuat sampel "Cambridge" akan membutuhkan biaya lebih sedikit.

Transistor IGZO beroperasi sebagai komputer dalam mode tidur. Transistor baru didorong oleh arus bocor terkecil di dekat keadaan mati. Kebocoran ini pada titik kontak antara logam dan komponen semikonduktor dari transistor, yang disebut " penghalang Schottky ", adalah karakteristik yang tidak diinginkan. "Bagian" kecil dari arus ini sebanding dengan bagaimana air menetes dari keran yang rusak, dan umum untuk semua transistor. Para ilmuwan untuk pertama kalinya berhasil membalikkan kesalahan ini dan menggunakannya secara fungsional. Fitur transistor baru ini membuka kemungkinan baru untuk desain Internet of things system.

“Kami menantang pemahaman umum tentang apa yang seharusnya menjadi transistor,” kata Profesor Nathan. "Kami menemukan bahwa penghalang Schottky, yang sebagian besar insinyur coba hindari, sebenarnya memiliki karakteristik ideal untuk elektronik yang dapat dikenakan atau ditanamkan yang menarik bagi kami untuk memantau kesehatan kami."

Transistor dapat diproduksi pada suhu rendah dan dicetak pada hampir semua bahan: dari kaca dan plastik hingga kain dan kertas. Desain baru setengah memecahkan salah satu masalah utama yang menghambat pengembangan transistor daya ultra rendah, yaitu kemampuan untuk menghasilkan mereka dalam ukuran yang sangat kecil. Ketika transistor menjadi lebih kecil, dua elektroda mereka mulai mempengaruhi perilaku masing-masing, yang berarti bahwa transistor yang lebih kecil dari ukuran tertentu tidak akan berfungsi seperti yang kita inginkan. Dengan mengubah desain transistor, peneliti dari Cambridge dapat menggunakan hambatan Schottky sehingga elektroda tetap independen satu sama lain. Oleh karena itu, dalam waktu dekat akan dimungkinkan untuk menghasilkan transistor dengan ukuran yang sangat kecil.

“Ini adalah desain transistor asli. Jenis catu daya yang sangat rendah ini merupakan prasyarat untuk pengembangan berbagai jenis perangkat baru, di mana fungsi, pada dasarnya, "kecerdasan" penting, bukan kecepatan. Elektronik yang sepenuhnya otonom pada perangkat semacam ini sekarang menjadi lebih nyata. Mereka dapat bekerja pada energi latar belakang yang diterima dari lingkungan, yang akan meningkatkan jangka waktu operasi mereka, ”kata Gehan Amaratunga, profesor departemen pengembangan.

Desain transistor memungkinkan Anda untuk memperkuat sinyal. Tegangan operasi transistor kurang dari satu volt, dengan konsumsi energi di bawah satu miliar watt. Konsumsi daya sangat rendah ini menjadikannya yang paling cocok untuk aplikasi di mana fungsi dan daya tahan lebih penting daripada kecepatan. Yang, sebenarnya, terletak pada gagasan Internet hal.

"Jika kita dapat menarik energi dari baterai AA biasa berdasarkan desain ini, itu bisa bekerja selama satu miliar tahun," kata Dr. Sonsik Lee, penulis utama penelitian ini. "Menggunakan penghalang Schottky mencegah elektroda saling mengganggu satu sama lain untuk memperkuat amplitudo sinyal bahkan ketika transistor hampir mati."

Ilmu pengetahuan Rusia berusaha mengimbangi perlombaan untuk transistor daya ultra-rendah. Enam bulan lalu, insinyur Rusia, bersama dengan rekan-rekan dari Jepang, diperkenalkankonsep transistor graphene. Desainnya didasarkan pada penggunaan graphene dua lapis. Menurut para peneliti, sebuah transistor yang terbuat dari bahan semacam itu akan dapat beroperasi pada tegangan rendah (0,5 volt) dan pada frekuensi tinggi (hingga 100 GHz). Kesimpulan semacam itu dibuat berdasarkan perhitungan - sejauh ini hanya model perangkat yang telah dikembangkan.

Selain bekerja pada komponen untuk perangkat IoT, para peneliti di Universitas Cambridge memperhatikan perkembangan elektronik implan. Dua tahun lalu, mereka mengembangkan otot buatan yang dapat meniru kontraksi alami. Mereka terbuat dari polimer, yang di bawah pengaruh sinyal listrik dapat mengubah ukuran dan bentuk. Menggunakan sejumlah mekanisme dan rangsangan fisiologis, gerakan yang dekat dengan yang alami dapat direproduksi dalam bahan buatan.

Source: https://habr.com/ru/post/id398593/