Negatieve capaciteit voor efficiëntere FET's

27 december 2017, 20:08
a) Nieuw transistortype met negatieve capaciteit
b) elektronentransmissiemicroscopie
c) Röntgenfoto van de energieverdeling
Afbeelding: Mengwei Si / Purdue University
 
a) Nieuw transistortype met negatieve capaciteit
b) elektronentransmissiemicroscopie
c) Röntgenfoto van de energieverdeling
Afbeelding: Mengwei Si / Purdue University
 
Onderzoekers van Purdue University zijn erin geslaagd om experimenteel aan te tonen, hoe een effect dat men „negatieve capaciteit“ noemt, een nieuw transistortype energiezuinig maakt. Daarmee is een al in 2008 door een team van Purdue University opgestelde theorie in de praktijk bevestigd.

De onderzoekers gebruikten een extreem dunne 2D-laag van het halfgeleidermateriaal molybdeendisulfide, om een kanaal te realiseren dicht bij het belangrijkste onderdeel van FET’s: de gate. Met hafnium-zirkoniumoxide als ferro-elektrisch materiaal kon dan een nieuw soort gate worden gemaakt die werkt als een soort „negatieve condensator“.

De capaciteit voor het opslaan van elektrische lading heeft normaal gesproken een positieve waarde. Maar door het toepassen van ferro-elektrische materialen in de gate van een FET, is toch een negatieve capaciteit mogelijk. Dat leidt tot een veel kleiner energieverbruik bij het aansturen van een FET. Op dit moment wordt hafniumoxide gebruikt als diëlektrisch (isolerend) materiaal voor de gate van moderne FET’s. Het nieuwe ontwerp vervangt dus alleen maar hafniumoxide door hafnium-zirkoniumoxide.

FET’s worden in digitale schakelingen gebruikt als snelle schakelaars. Ze vormen de basis voor de verwerking van data in computersystemen. Het is daarbij belangrijk, dat ze volledig worden uitgeschakeld, zodat zo min mogelijk lekstromen ontstaan. De schakelkarakteristiek is normaal gesproken 60 mV per factor 10 van de geschakelde stroom. Deze waarde noemt men de thermionische grens. Maar FET’s met een negatieve capaciteit kunnen deze fundamentele barrière doorbreken, zodat ze bij veel kleinere spanningen schakelen, wat leidt tot een kleiner energieverbruik.
 
Reacties worden ingeladen...
gerelateerde items