Все меньше и меньше

Юрий Свидиненко

Спецвыпуск: Хакер, номер #055, стр. 055-046-5

Один из них - проект наноэлектромеханического транзистора. Ты, наверное, удивишься: какое отношение имеет механика к электронике? Оказывается, механические наносистемы можно использовать порой намного эффективнее электронных.

Исследования в области механики в электронике не остановились на стадии проектов. Уже создан ряд прототипов.

К примеру, профессором Робертом Блайком из Висконсина (США) создан принципиально новый электромеханический одноэлектронный транзистор c "механической рукой", которая переносит отдельные электроны от истока к стоку. В направлении "исток-сток" как раз протекает ток транзистора, который обычно состоит из 100 000 электронов. А в прототипе механотранзистора этот ток состоит из одного-единственного электрона. Чувствуешь разницу?

Расскажу, как работает эта штука.

В основе всей системы лежит вибрирующий маятник, которого Блайк назвал "электронным шаттлом", а журналисты - "механической рукой". Если между точками G1 и G2 (см. рисунок) приложить переменное напряжение, то он будет колебаться с частотой, пропорциональной частоте переменного напряжения. В рабочем устройстве маятник колебался с частотой в 100 МГц. При этом маятник C электрически изолирован от электродов G1, G2, S и D и заземлен. Электроды S и D представляют собой исток и сток транзистора соответственно.

Как только маятник касается электрода S, на его поверхность благодаря сложной квантовой штуке - туннельному эффекту - переносится один электрон, который затем передается с помощью колебаний маятника на электрод D. На схеме показан источник напряжения транзистора VSD и прибор, с помощью которого исследователи могли наблюдать за переносом электронов ISD.

Исследователи изготовили осцеллятор из кремния по технологии SOI (silicon-on-insulator - кремний на полупроводнике). Механотранзистор производился в несколько этапов. Сначала исследователи с помощью электроннолучевой литографии нанесли на кремниевую поверхность золотую маску, которая повторяла геометрию устройства, а также алюминиевую маску травления (для тех участков на матрице, которые нужно было удалить). Далее был вытравлен механический маятник (посредством комбинации мокрого и сухого травления). И в заключение исследователи вытравили туннельные контакты маятника (с точностью до 10 нм).

Первые опыты по запуску транзистора исследователи провели при комнатной температуре. Маятник приводило в движение переменное напряжение ± 3 В. Путем изменения частоты колебания исследователи определили оптимальные значения для переноса маятником электрона. Расстояние между электродами S и D составило 300 нанометров, а емкость перехода S - D составила 84 аттофарады. При напряжении VSD = ±1 В маятник мог перенести ± 527 электронов. Но это довольно много. Изменив напряжение, подаваемое на транзистор, Блайк добился эффекта переноса отдельного электрона.