Login
Main menu

Sićušni tranzistori za ekstremne uvjete i okolinu

Inženjeri su smanjili plazma uređaje da bi im povećali otpornost na zračenje.
Inženjeri elektrotehnike sa univerziteta Utah izumili su najmanji plazma tranzistor koji može izdržati visoke temperature i ionizirajuća zračenja kakva nalazimo u nuklearnom reaktoru. Tranzistori ove vrste bi jednoga dana mogli omogućiti pametnim telefonima da uzimaju i skupljaju medicinske rendgenske snimke na terenu, a uređajima za mjerenje kakvoće zraka omogućiti da daju očitanja u realnom vremenu.

sicusni-tranzistori-za-ekstremne-uvjete

"Ova elektronika zasnovana na plazmi može se koristiti za kontrolu i upravljanje robotima te obavljanje zadataka unutar nuklearnog reaktora. Strujni krugovi zasnovani na mikro-plazma tranzistorima mogu kontrolirati nuklearni reaktor ako nešto pođe po zlu, a također tranzistori mogu raditi i u slučaju nuklearnog rata", kaže Massood Tabib - Azar, profesor elektrotehnike i računarstva.

 

Istraživanje novih tranzistora Tabib Azara i studenta elektrotehnike pred doktoratom Pradeep Pai-a objavljen je online u četvrtak, 20 ožujka u časopisu "IEEE Electron Device Letters", od Instituta inženjera elektrotehnike. Studija je financirana od strane "Defense Advanced Research Projects Agency".

Tranzistori su glavni elementi u elektroničkoj industriji, oni kontroliraju protok struje u uređajima i djeluju kao prekidači ili vrata za elektroničke signale. Milijarde tranzistora obično su proizvedene pojedinačno ali u jednom računalnom čipu su povezani u komponentu. Najčešće korištena vrsta tranzistora zove se metal-oksid tranzistor s učinkom polja, ili skračeno MOSFET (metal–oxide–semiconductor field-effect transistor).

Tranzistori kontroliraju tok električnog naboja kroz silicijeve kanale koristeći električno polje za uključivanje tranzistora ili isključivanje, slično ventilu s električnim poljem kao kontrolnim tasterom koji otvara ili zatvara struju elektrona. Silicijski tranzistori su ključne komponente u modernoj elektronici ali ne podnose ekstremne temperature od 287 stupnjeva celzijusa -temperaturu na kojoj nuklearni reaktori obično rade.

Tranzistori koji rade na bazi plazme koristeći električno nabijene plinove ili plazmu da provode struju na ekstremno visokim temperaturama, trenutno se koriste kod uređaja za izvore svjetlosti, kod medicinskih instrumenata i posebnih vrsta ekrana koji rade direktno izloženi sunčevoj svijetlosti. Ovi mikro uređaji su dužine od oko 500 mikrona što je otprilike širina od pet ljudskih vlasi, i rade na više od 300 volti što pak zahtijeva specijalne izvore napona.

Novi uređaji dizajnirani od strane inženjera sa univerziteta Utah su najmanji mikro plazma tranzistori do danas. Njihova je duljina od 1 do 6 mikrona ili čak 500 puta manja od sadašnjih vrhunskih mikro-plazma tranzistora, te rade na jednoj šestini dosad korištenog napona od 300 volti tj na 50V. Novi plazma tranzistori također mogu raditi i na temperaturama do 790 stupnjeva celzijusa. Pošto nuklearno zračenje ionizira plinove u plazmi, ovo ekstremno okruženje u reaktorima olakšava plazma tranzistorima rad.

"Plazma tranzistori su super za ekstremne uvjete, jer se temelje na plinovima kao što su helij, argon i neon koji mogu izdržati visoke temperature. Ovaj tranzistor ima potencijal za početak razvoja nove klase elektroničkih uređaja koji su "sretni" kad rade u nuklearnom okruženju" kaže Tabib – Azar.

Konvencionalni tranzistor se sastoji od dva aktivna sloja složena jedan preko drugog. Struja teče kroz jedan od slojeva tzv. kanala, dok drugi sloj nazvan gejt(gate) kontrolira struju koja teče u kanalu. Ako je narinut dovoljan napon na gejtu tranzistor se pobuđuje.

Za svoju novu studiju Tabib - Azar i Pai nanjeli su slojeve metalne legure da fomiraju gejt na 10cm dugoj staklenoj podlozi, a potom nanjeli sloj silicija preko gejta.

Za razliku od tipičnih tranzistora, Utah mikro-plazma tranzistorski "kanal " je zračni raspor koji provodi ione iz plazme kada se narine napon. Da bi postigao ovaj jedinstveni dizajn, tim inženjera izgravirao je dijelove silicijskog filma pomoću kemijski reaktivnih plinova. Ovaj proces graviranja ostavlja šupljine i prazan prostor koji oblikuje tranzistorski kanal i izlaže gejt ispod. Vodljivi kanal ispitivan u ovom novom istraživanju bio je 2 mikrona širine i 10 mikrona dužine, a helij je korišten kao izvor plazme.

"Iako su dimenzije tako male, na inovativan način smo došli do trodimenzionalne strukture. Trenutno smo u fazi povezivanja tih uređaja u obliku logičkih sklopova i računalnih komponenata koje ćemo testirati u našem eksperimentalnom nuklearnom reaktoru na sveučilištu u Utahu, koji ne posjeduje baš mnogo sveučilišta", kaže Tabib - Azar.

Tradicionalni MOSFET tranzistori zahtijevaju metale za povezivanje strujnih krugova, kaže Tabib - Azar, ali mikro-plazma uređaji sa Utah univerziteta će koristiti veze  na bazi plazme koja će im omogućiti komunikaciju. Kao rezultat, ovi sklopovi će biti u funkciji samo kad su uključeni drugačije će nestati, što ih čini pogodnim za vojnu primjenu.

Plazma uređaji također bi se mogli koristiti za izvore zračenja kod rentgenskog snimanja već u narednih nekoliko godina. Budući da su dimenzije uređaja tako male, X-ray (rentgenske) slike iz ranjenog vojnika na terenu mogle bi biti prikupljene na smartphon opremljen tranzistorima koji stvaraju X-zrake, kaže Tabib - Azar.

U narednih par godina uređaji bi se mogli koristiti i za otkrivanje i identifikaciju aerosolnih zagađivača na temelju boje emitirane kada tvar prolazi kroz uređaj. "Ovi kemijski osjetljivi uređaji mogli bi se koristiti za kvantitativno praćenje kakvoće zraka u realnom vremenu i omogućiti istraživačima izgraditi precizne karte kvalitete zraka", dodaje Azar.

"U bližem razdoblju ovi novi tranzistori mogli bi se koristiti za generiranje X-zraka za fino crtanje po siliciju za pravljenje šablona mikro uređaja u elektroničkoj industriji. S ovom novom X-ray tehnikom možete postići isti rezultat kao i sa laserskim ispisom, ali umjesto lasera možete koristiti ove sitne izvore rendgenskih zraka za ispis na silikonske pločice. To daje inženjerima mogućnost da izrađiju X-ray litografije bez potrebe za upotrebom teških objektiva i dodatnih uređaja za oblikovanje X- zraka" kaže Tabib – Azar.

Izvor: University of Utah

Dodaj komentar


Sigurnosni kod
Osvježi