Переправа по камням вместо прыжка через реку: российские физики открыли новый механизм туннелирования электронов в нанотранзисторах

Учёные из МФТИ и Института проблем технологии микроэлектроники РАН совместно с зарубежными коллегами обнаружили, что электроны могут проходить через ультратонкие барьеры в нанотранзисторах по сложному маршруту, что эффективнее прямого пути. Как рассказали в пресс-службе МФТИ, это открытие позволяет создать метод сверхточной диагностики свойств материалов для электроники следующего поколения.

В современных нанотранзисторах барьером часто служит гексагональный нитрид бора (hBN). Ранее считалось, что электроны преодолевают его преимущественно упруго, без потери энергии, иногда используя дефекты в изоляторе как «ступени». Однако российские исследователи показали, что при наличии двух близко расположенных дефектов динамика процесса меняется: электронам выгоднее пройти через оба состояния с потерей энергии, чем туннелировать напрямую.

Обнаруженный эффект лег в основу метода туннельной спектроскопии беспрецедентной точности. Учёные смогли измерить ширину запрещённой зоны в двухслойном графене и графене с муаровой сверхструктурой, а также точно определить угол поворота кристаллических решёток.

По словам учёных, этот эффект меняет представление о физике нанотранзисторов и открывает перспективы для разработки транзисторов со сверхмалым энергопотреблением. Доктор физико-математических наук Дмитрий Свинцов пояснил:

Представьте, что вы пытаетесь перепрыгнуть широкую реку. Прямой прыжок требует колоссальных усилий. Но если посередине есть два близко расположенных камня, вы предпочтете сделать два коротких прыжка, даже если при переходе с камня на камень придётся немного оступиться. В наномасштабе такой «обходной путь» через соседние дефекты становится решающим преимуществом. 

Исследование выполнено международной командой при участии учёных из Японии, Китая, Сингапура и Армении. Открытие имеет важное значение для развития наноэлектроники и создания новых приборов с улучшенной функциональностью.

 Источник: МФТИ