Tutkijat ovat valmistaneet timantista kenttäefektitransistorin (JFET), jonka virranjohtokyky on 50 mA. Näiden IEEE Electron Device Letters -lehdessä julkaistujen tutkimusten mukaan tämä on viisi kertaa enemmän kuin edellinen ennätys transistoreissa, joissa johtokyky tapahtuu koko tilavuudessa.
Suurin osa transistoreista on valmistettu piistä, piikarbidista tai galliumnitridistä. Teoreettisesti timantilla on paremmat ominaisuudet kuin kaikilla näillä materiaaleilla, mutta sen doppaaminen johtavaksi on vaikeaa, ja sen keinotekoinen kasvatus on edelleen vaikeasti hallittavissa. Timantista valmistettuja transistoreita on kuitenkin kehitetty noin kolmekymmentä vuotta, ja niiden suorituskyky paranee.
Tulevaisuudessa tällaiset komponentit olisivat erinomaisia osia sähköajoneuvojen ja ilmailun muuntimissa. Useimmissa tapauksissa timanttitransistorit johtavat virtaa vain pinnallaan, eivätkä niiden tilavuudessa, mikä voi asettaa rajoituksia johtavuuden hallinnassa, valmistuksen toistettavuudessa ja luotettavuudessa. Tilavuusjohtoon perustuvat transistorit tarjoavat paremman skaalausmahdollisuuden, sen sijaan että ne pysyisivät pienissä prototyypeissä, mutta niiden johtavuus on edelleen heikko eikä ylitä kymmentä milliampereita (mA).
CNRS:n Néel-instituutin, LAPLACE-laboratorion (CNRS/Toulouse INP/Univ. Toulouse) ja ranskalaisen DIAMFAB-startupin tutkijat ovat suunnitelleet timantista transistorin, joka saavuttaa ennätyksellisen tilavuusjohtokyvyn 50 mA.
Komponentti on kenttäefektitransistori (JFET), joka käyttää tilavuusjohtoa, ja mallit koostuvat kolmesta nastasta: portti, tyhjennys ja lähde. Tiimi onnistui saamaan aikaan homogeenisia timanttikerroksia, jotka on dopattu boorilla, ilman haitallisten vikojen esiintymistä. He pystyivät näin lisäämään transistorin ja sen portin hyötytilavuutta, joka saavuttaa 14,7 mm 24 rinnakkaisella sormella. Transistori ei siis ole enää vain yksinkertainen pienoismalli, vaan todellinen käytettävä komponentti.
Tieteilijät aikovat nyt parantaa näiden transistorien suunnittelua ja toteutusta, erityisesti kehittää niiden jännitetoleranssia, eli niiden kykyä estää virta ohjauksessa. Seuraavaksi testataan niiden suorituskykyä ympäristöissä, jotka ovat lähempänä sovelluksia. Lopuksi tutkijat tarkastelevat toista transistorirakennetta: metallihappotransistoreita (MOSFET).
Viitteet:
Yli 50 mA virta interdigitoidussa timanttikenttäefektitransistorissa.
Damien Michez, Juliette Letellier, Imane Hammas, Julien Pernot, Nicolas C. Rouger.
IEEE Electron Device Letters, vol. 45, no. 11, s. 2058-2061, marraskuu 2024.
https://doi.org/10.1109/LED.2024.3453504
Artikkeli saatavilla avoimista arkistotietokannoista Arxiv ja HAL.