剑桥工程师开发了超低功耗IGZO晶体管

在研究者剑桥大学开发了薄膜的新型晶体管氧化铟，镓和锌的，其在功率运行从外部环境。晶体管的独特设计将使设备无需电池即可工作数月甚至数年。此类技术为可穿戴或可植入电子产品的开发开辟了广阔的前景。2016年10月21日，科学家在《科学》杂志上介绍了他们的工作结果。

“这将为可穿戴和可植入设备中用于触摸界面和模拟信号处理的超低功耗传感器提供一个新的设计模型。研究的作者之一，技术科学教授Arokia Nathan说，所有这些对于物联网都至关重要。

铟，镓和氧化锌（IGZO）是Cambridge工程师的新开发成果，是一种用于制造薄膜晶体管的半导体材料。自2012年以来，此类晶体管已用于某些平板显示器，智能手机和平板电脑。迄今为止，由于昂贵的设备和相当长的创建单个样品的过程，IGZO晶体管尚未投入批量生产。用于创建“剑桥”样本的技术可能需要较少的成本。

IGZO晶体管在睡眠模式下可作为计算机运行。截止状态附近的最小泄漏电流为新晶体管提供了燃料。在晶体管的金属和半导体部件之间的接触点处的这种泄漏，即所谓的“ 肖特基势垒 ”，是不希望的特性。电流的这一“小部分”可与故障抽头中的水滴流相媲美，并且对所有晶体管都是通用的。科学家们首次设法扭转了这一缺陷，并在功能上加以利用。新晶体管的这一特性为物联网系统的设计开辟了新的可能性。

内森教授说：“我们挑战了对晶体管应该是什么的共识。” “我们发现大多数工程师试图避免的肖特基势垒实际上具有理想的可穿戴或植入式电子设备的理想特性，使我们能够监测健康状况。”

晶体管可以在低温下生产，并且可以印刷在几乎所有材料上：从玻璃和塑料到织物和纸张。一半的新设计解决了阻碍超低功率晶体管发展的主要问题之一，即以非常小的尺寸生产它们的能力。随着晶体管变得越来越小，它们的两个电极开始互相影响，这意味着小于特定大小的晶体管将无法正常工作。通过改变晶体管的设计，剑桥大学的研究人员能够使用肖特基势垒，从而使电极彼此独立。因此，在不久的将来，将有可能生产出非常小的尺寸的晶体管。

“这是原始的晶体管设计。这种超低功率电源是开发各种新型设备的先决条件，从本质上讲，“智能”的功能很重要，而不是速度。如今，此类设备中的全自动电子设备变得越来越真实。他们可以利用从环境中获得的背景能源进行工作，这将延长他们的运营期限，”开发部门教授Gehan Amaratunga说。

晶体管的设计使您可以放大信号。晶体管的工作电压小于一伏，能量消耗低于十亿分之一瓦。这种超低功耗使其最适合功能和耐用性比速度更重要的应用。实际上，这取决于物联网的概念。

该研究的主要作者Sonsik Lee博士说：“如果我们能够基于这种设计从普通的AA电池中汲取能量，它可以工作10亿年。” “使用肖特基势垒可以防止电极相互干扰以放大信号幅度，即使晶体管几乎处于关闭状态也是如此。”

俄罗斯科学正在努力跟上超低功率晶体管的竞争。六个月前，俄罗斯工程师与日本同事一起介绍了石墨烯晶体管的概念。它的设计基于两层石墨烯的使用。据研究人员称，用这种材料制成的晶体管将能够在低电压（0.5伏）和高频率（高达100 GHz）下工作。这些结论是基于计算得出的-到目前为止，仅开发了设备模型。

除了研究物联网设备的组件外，剑桥大学的研究人员还关注可植入电子设备的开发。两年前，他们开发了可以模仿自然收缩的人造肌肉。它们由聚合物制成，在电信号的影响下，聚合物可以改变尺寸和形状。使用多种机制和生理刺激，可以在人造材料中复制接近自然的运动。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN398593/