Создана логическая наносхема для экстремальных условий

Новая схема способна действовать  внутри раскалённых узлов целого ряда машин (фото Te-Hao Lee).

Этот микроскопический вентиль работает при температуре  до 500 °C. Успехом поделились Мехран Мехрегани (Mehran Mehregany) и его коллеги из университета Case Western Reserve.

Исследователи в разных странах уже строили  опытные микросхемы из карбида кремния (SiC), спокойно работающие при 500-650 градусах Цельсия, но такие чипы потребляют много энергии, они крупны и медлительны. Обойти эти три проблемы удалось в новой разработке: Мехрегани заменил транзисторы на их электромеханические аналоги, по сути — электрические реле, но только с деталями нанометрового масштаба.

Учёные покрыли  кремниевую пластину тонким слоем оксида кремния, а затем 400-нанометровым слоем SiC. При помощи электронного пучка  они вырезали из карбида выключатель, состоящий из двух электродов (затвор и сток), между которых протянулась консольная балка (исток) (три эти элемента видны на фото под заголовком). С помощью химического травления изделие освободили от основы. Так получилась наноэлектромеханическая система (NEMS).

Если между  затвором и истоком есть напряжение, электростатические силы смещают консоль  так, что она соединяется со стоком. Соединив вместе два таких выключателя, Мехран со товарищи построили логический вентиль НЕ. Его достоинства, помимо лояльности к перегреву, — крайне низкий ток утечки и высокая радиационная стойкость. (Детали эксперимента раскрывает статья в Science.)

Авторы схемы  испытали её работу при температуре  полтысячи градусов Цельсия и частоте переключения 500 килогерц. Балка выдержала до разрушения два миллиарда циклов. А при комнатной температуре консоль сломалась только после 21 миллиарда циклов.

Учёные полагают, что оптимизировав размер и форму  консоли и электродов, удастся сократить механическую нагрузку на балку, повысив её выносливость до триллионов циклов при частоте переключений в несколько гигагерц. Этого будет достаточно для построения практически пригодных микроконтроллеров. Ныне группа уже работает над созданием более сложных логических схем типа NEMS. (Читайте заодно о плазменном транзисторе.) 

MEMBRANA.RU