Основой логических схем в современных компьютерах является сочетание двух кремниевых полевых транзисторов с различным характером проводимости канала (т.н. КМОП): n- типа (электроны) и p-типа (дырки). Двум логическим состояниям соответствует один закрытый транзистор, а другой открытый, так что в пассивном состоянии в схеме течет только небольшой ток утечки. Тип проводимости канала задается просто типом легирования материала транзистора: либо донорными примесями, либо акцепторными.

Рис.1. Схематическое изображение структуры.

Для новых материалов наноэлектроники, таких как углеродные нанотрубки, графен и нанопровода, управление типом проводимости пока является сложной проблемой. Решение этой проблемы дано в недавней работе корейских ученых. Они предлагают в качестве каналов двух транзисторов в паре просто использовать различные материалы. В данном случае это нанопроволока из ZnO и одностенная углеродная нанотрубка (рис.1). Оксид цинка ZnO является прозрачным полупроводником и широко используется для формирования транзисторов на экранах дисплеев. В рассматриваемой структуре он играет роль канала с n-типом проводимости. Нанотрубка обладает p-типом проводимости. Таким образом, удалось создать аналог КМОП на основе наноматериалов. Работа выхода ZnO, а значит и пороговое напряжение соответствующего транзистора можно регулировать с помощью облучения протонами, которые создают дефекты в окружающем диэлектрике. Это позволяет оптимизировать работу логической схемы (например, инвертора).

С практической точки зрения, представленная структура по своим характеристикам значительно уступает современным схемам на кремниевых транзисторах. Можно ли произнести магические слова о том, что это только первые шаги, и потом можно будет догнать и перегнать кремниевые транзисторы. К сожалению, нет, поскольку есть принципиальные ограничения, по крайней мере, в традиционной структуре полевых транзисторов. Например, отношение тока открытого состояния к току закрытого состояния в транзисторе на нанотрубке составляет при комнатной температуре 10⁴, в то время как в кремниевых транзисторах это отношение равно 10⁶. Отличие вызвано малой шириной запрещенной зоны в нанотрубке по сравнению с кремнием, поэтому улучшить его невозможно. При уменьшении длины канала (в эксперименте исследовали очень длинный канал - 4 мкм) начнут играть большую роль контакты нанотрубки с металлом. Как известно, они далеко не омические из-за наличия потенциального барьера, который всегда возникает на контакте полупроводника с металлом. В сильнолегированном полупроводнике его просто можно сделать туннельно прозрачным. Как поступить с нанотрубками, пока не ясно. По-прежнему остаются и технологические загвоздки. В эксперименте нанотрубки осаждали на структуру из раствора. Конечно же, это совершенно не годится для формирования микросхем. По мнению International Technology Roadmap for Semiconductors будущее интегральных логических схем вплоть до 2021 г. связано кремниевыми транзисторами на подложке "кремний на изоляторе" со сверхтонким слоем кремния. Как нам кажется, кремниевые транзисторы не сдадут свои позиции вплоть до длины канала 5-10 нм. Продвижение в меньшие размеры невозможно из-за большого тока прямого туннелирования между истоком и стоком. Применение полупроводников с большей шириной запрещенной зоны (например, GaN или алмаз) может позволить еще некоторое уменьшение размеров. Что будет потом, пока никто не знает. По-видимому, это будут транзисторы (или другие элементы и схемы), работающие совсем на других физических принципах.

Источник информации - заметка В.Вьюрекова в бюллетене ПерсТ, выпуск 18 за 2009 г.