Kalifornia Berkeley Ülikooli teadlased avastasid materjalide kombinatsiooni, mis alandab minimaalset kondensaatori laengu säilitamiseks vajalikku pinget. Teadussaavutus võib vähendada elektroonikaseadmete energiatarvet ja soojuskadusid.
Berkeley teadlased näitasid, et PZT-STO komposiidist mõõterakule rakendatud pinge juures tekkis materjalis oodatust suurem laeng. Nähtust nimetatakse negatiivseks mahtuvuseks.
Mida võimsam on arvuti, seda rohkem soojust see kiirgab. Soojuskadude vähendamiseks on vaja kiiret protsessorit. Protsessori alusosise transistori minimaalne tööpinge on viimased 10 aastat püsinud 1 V juures, mis piirab kiiremate protsessorite valmistamist. Tarbijad nõuavad aga üha kiiremaid arvuteid. Töö ühe autori dotsent Asif Khani juhtimisel on Berkeley Ülikoolis viimased neli aastat tegelenud transistoride efektiivsuse uurimisega.
Uue avastuseni viis ferroelektrikute (loe siit) kasutamine. Ferroelektrikutel on omadus omada isetekkelist positiivsete ja negatiivsete elektrilaengute polariseeritust (eraldatust), mis püsib välise pinge rakendamiseta ja on välise elektrivälja abil muudetav.
Berkeley insenerid demonstreerisid ferroelektrikust ja dielektrikust kondensaatorit, mille pingele vastavat laengut on võimalik võimendada. Sellist fenomeni nimetatakse negatiivseks mahtuvuseks. Avastus loob transistoride arengule uue kasvulava. Labori juhataja Sayeef Salahuddini sõnul on edaspidi võimalik valmistada madala võimsustarbega transistore ilma, et kompenseeruks töökiirus.
Seade koosneb ferroelektriku plii tsirkoonium-titanaadi (PZT) ja dielektriku strontsium-titanaadi (STO) kaksikkihist. PZT-STO komposiidile ja STO-le rakendati eraldi katsetes pinge, mille tulemusena avastati, et komposiitmaterjalis tekkis sama pinge juures proportsionaalselt suurem laeng kui STO-s.
Alates esimeste mikroportsessorite turustamisest 1970-ndatel on transistoride arv protsessoris iga aastaga kahekordistunud, mida illustreerib Moore-i nimelise seaduspärasus. Transistoride suuruse vähenemist ei ole aga saatnud proportsionaalne pooljuhtlülituste energiatarbe vähenemine. Toatemperatuuril on vaja minimaalselt 60 mV (millivolti), et seadme binaarset olekut hoida. Lülitamise hetkel on aga energiatarve suurem, mistõttu on transistori tööpinge miinimum keskmiselt 1 V. Teadlaste sõnul ei ole 2005. aastast alates protsessorite töökiirus tõusnud. Lisaks on üha väiksematest seadmetest soojust raske ära juhtida.
Berkeleys valmistatud uus seade võib probleemile lahenduse tuua, aga paradoksaalselt avaldub PZT-STO kondensaatori võimendav omadus alles 200 0C juures, mis on oluliselt kõrgem temperatuur kui käibelolevate protsessorite tavatööoleku 85 0C.
Edasine uurimistöö seisneb kondensaatori töötemperatuuri alandamises ja selle integreerimises transistorisse. Ferroelektrikute rakenduste alla kuuluvad muuhulgas RAM-mälud ja superkondensaatorid.
Allikas: PhysOrg
Leave a Reply