Balistyczny tranzystor odchylający

Balistyczne tranzystory odchylające ( BDT ) to rozwijane od 2006 roku urządzenia elektroniczne przeznaczone do szybkich układów scalonych , czyli zestawu obwodów ograniczonych materiałem półprzewodnikowym. Wykorzystują siły elektromagnetyczne zamiast bramki logicznej , urządzenia służącego do działania wyłącznie na określonych wejściach, do przełączania sił elektronów. Unikalna konstrukcja tego tranzystora obejmuje pojedyncze elektrony odbijające się od klinowatych przeszkód zwanych deflektorami. Początkowo przyspieszane polem elektrycznym, elektrony są następnie kierowane po odpowiednich torach za pomocą odchylenia elektromagnetycznego . Dzięki temu elektrony mogą przemieszczać się bez rozpraszania przez atomy lub defekty, co skutkuje lepszą prędkością i mniejszym zużyciem energii.

Zamiar

Balistyczny tranzystor odchylający byłby znaczący, działając zarówno jako wzmacniacz liniowy, jak i przełącznik przepływu prądu w urządzeniach elektronicznych, który mógłby być używany do utrzymania cyfrowej logiki i pamięci. Na szybkość przełączania tranzystora duży wpływ ma szybkość, z jaką nośniki ładunku (zwykle elektrony) mogą przechodzić z jednego regionu do drugiego. Z tego powodu naukowcy chcą wykorzystać przewodnictwo balistyczne do poprawy czasu podróży nośnika ładunku. Konwencjonalne tranzystory MOS również rozpraszają dużo ciepła z powodu nieelastycznych zderzeń elektronów i muszą szybko przełączać się, aby skrócić odstępy czasu, w których generowane jest ciepło, co zmniejsza ich przydatność w obwodach liniowych.

Zalety

Jedną z zalet balistycznego tranzystora odchylającego jest to, że ponieważ takie urządzenie będzie zużywać bardzo mało energii (realizacja obwodu adiabatycznego ), będzie wytwarzać mniej ciepła, a zatem może działać szybciej lub z wyższym cyklem pracy. W ten sposób łatwiej będzie go wykorzystać w różnych zastosowaniach. Taka konstrukcja zmniejszy również szum elektryczny pochodzący z urządzeń elektronicznych. Wraz ze zwiększoną szybkością, kolejną zaletą balistycznego tranzystora odchylającego jest to, że będzie on użyteczny zarówno we wzmacniaczu liniowym, jak iw przełączniku. Dodatkowo, balistyczne tranzystory odchylające są z natury rzeczy małe, ponieważ tylko mały rozmiar pozwala na zmniejszenie roli mechanizmów odpowiedzialnych za nieelastyczne rozpraszanie elektronów, zwykle dominujących w większych urządzeniach.

Alternatywne podejścia do przewodnictwa balistycznego

Celem wielu laboratoriów na całym świecie jest tworzenie przełączników i wzmacniaczy, które mogą działać szybciej niż obecna technologia. W szczególności elektrony w urządzeniu powinny wykazywać przewodzenia balistycznego . Obecnie głównym i wiodącym obwodem jest krzemowy tranzystor polowy MOS (MOSFET). Naukowcy przewidują jednak, że znalezienie idealnego półprzewodnika zmniejszy wymiary tranzystora, nawet poniżej rozmiarów obserwowanych w obecnej generacji tranzystorów krzemowych, co spowoduje wiele niepożądanych efektów obniżających wydajność tranzystorów MOS. Od początku lat 60. XX wieku prowadzone były badania nad przewodnictwem balistycznym , które doprowadziły do ​​powstania nowoczesnych diod metal-izolator-metal , ale nie udało się wyprodukować przełącznika trójzaciskowego. Innym podejściem do przewodnictwa balistycznego było zmniejszenie rozpraszania poprzez obniżenie temperatury, co skutkowało obliczeniami nadprzewodzącymi . Balistyczny tranzystor odchylający to najnowszy (w 2006 roku) projekt stworzony przez Cornell Nanofabrication Facility, wykorzystujący dwuwymiarowy gaz elektronowy jako ośrodek przewodzący.

Wcześniejsze urządzenie z lampą próżniową, zwane rurką odchylającą wiązkę, zapewniało podobną funkcjonalność opartą na podobnej zasadzie.