Компания IBM придумала транзистор с ионной жидкостью

Специалисты IBM спроектировали новый тип транзистора, который подходит для создания нового класса энергонезависимой памяти. Этот транзистор в качестве полупроводника использует не кремний, а диоксид ванадия (VO₂). Под воздействием положительно заряженной ионной жидкости он совершает фазовый переход в металлическое состояние, а в отрицательном поле снова превращается в изолятор.

На схеме вверху показано устройство с каплей ионной жидкости поверх золотых контактов интегральной схемы. Большие золотые квадраты на левой части схемы — площадки для крепежа контактов. На увеличенном участке справа показан канал транзистора (затемнённая жёлтая область). Золотые контакты слева и справа — это исток и сток транзистора, через который по каналу идёт управляемый ток. Четыре остальных контакта служат для измерения сопротивления и холловского напряжения.

Ценность открытия IBM состоит в том, что им удалось найти такой материал, который заставляет диоксид ванадия надёжно переходить в металлическое состояние и сохранять его, пока он не войдёт в контакт с отрицательно заряженной ионной жидкостью. В этом случае кислород возвращается на место — и вместо металла снова появляется изолятор VO₂. В каждом транзисторе IBM должна задействоваться капля ионной жидкости объёмом около 0,1 пиколитра. Во время экспериментов использовали стандартную промышленную ионную жидкость HMIM-TFSI, после её предварительной дегидрации в высоком вакууме (10^-7 мм рт.ст.) при температуре 120°C в течение нескольких суток.

Учёным и раньше было известно свойство диоксида ванадия к быстрому фазовому переходу от изолятора к проводнику. Например, он совершает его при нагревании до 68°C или под давлением. Однако, учёные IBM нашли более практичный способ спровоцировать фазовый переход, изменив направленность заряда, что гораздо лучше подходит для промышленного использования материала в электронике. Результаты своей работы они опубликовали в журнале Science.

Преимущество ячеек памяти такого типа — энергонезависимость. Они сохраняют заряд без подведения питания, что позволяет существенно снизить энергопотребление интегральных схем. Недостаток — относительно низкая скорость работы транзисторов такого типа.