Структура обычных кремниевых транзисторов способна выдержать нагрев до +350°С. При более высокой температуре структура транзисторов уже претерпевает необратимые изменения. Поэтому для работы в условиях высокой температуры используются транзисторы из других полупроводниковых материалов, например карбида кремния, который выдерживает нагрев до +550°С.
Но существует ещё плазменные транзисторы, первые образцы были разработаны около пяти лет назад. Они работают при температурах, сопоставимых с температурой в активной зоне ядерных реакторов. При этом на их работу практически не влияет радиоактивное ионизирующее излучение. Недавно группа исследователей из университета Юты представила миниатюрные плазменные транзисторы, размеры которых в 500 раз меньше созданных ранее.
Логические схемы, созданные на базе плазменных транзисторов и способные сохранять работоспособность при чрезвычайно высоких температурах, могут стать основой электроники и компьютеров, которые будут управлять роботами, выполняющими работу в непосредственной близи от активных зон ядерных реакторов. Такая электроника будет особенно востребована в случае ядерных ударов и других чрезвычайных ситуаций, пожаров и техногенных катастроф.
В обычных транзисторах, имеющих три электрода, напряжение, приложенное к управляющему электроду (затвору) управляет электрическим током, протекающим через полупроводниковый канал от стока к истоку. Напряжение, потенциал которого выше определённого порога, переключает транзистор в активное (открытое) состояние. Канал плазменного транзистора состоит из частично ионизированного газа – плазмы. Эмитент электронов, как правило кремний, вводит и насыщает плазму свободными электронами, когда на электрод эмитента подано напряжение соответствующей полярности и транзистор открывается. Существующие плазменные транзисторы, которые используются в некоторых источниках света и медицинском оборудовании, имеют размер около 500 мкм и работают при разности потенциалов в 300 В (при этом требуются высоковольтные источники напряжения).
Созданные исследователями из Юты транзисторы имеют размер порядка 5 микрон и работают при напряжении в 50 В. Они изготовлены на стеклянной подложке, на поверхность которой напылён слой из специального металлического сплава, покрытого тонким слоем кремния. Кремниевое покрытие неоднородно, на нём искусственно созданы впадины и пустые места, заполняющиеся плазмой, формирующей канал плазменного транзистора. В качестве тела плазмы используется газообразный гелий, которым заполнено внутреннее пространство конструкции транзистора.
В настоящее время исследователи работают над соединением плазменных транзисторов в схему логических элементов, работа которой будет проверена в активной зоне экспериментального ядерного реактора университета Юты.
Кроме того, плазменные транзисторы можно использовать в роли микроскопического источника рентгеновского излучения, матрицы из которых позволят избежать необходимости использования громоздких и дорогостоящих устройств, преломляющих и фокусирующих лучи рентгеновского излучения.
со ссылкой на spectrum.ieee.org
Комментарии