Используя тот же принцип, что и компьютер в спящем режиме, новый транзистор использует для своей работы крошечную «утечку» электрического тока, известную как ток почти в выключенном состоянии. Эта утечка, как вода, капающая из неисправного крана, характерна для всех транзисторов, но это первый случай, когда она эффективно улавливается и используется функционально.
Результаты, опубликованные в журнале Science, открывают новые возможности для проектирования систем Интернета вещей, в которых большинство вещей, с которыми мы взаимодействуем каждый день, подключены к Интернету.Транзисторы могут изготавливаться при низких температурах и могут быть напечатаны практически на любом материале, от стекла и пластика до полиэстера и бумаги. Они основаны на уникальной геометрии, которая использует «нежелательную» характеристику, а именно точку контакта между металлическими и полупроводниковыми компонентами транзистора, так называемый «барьер Шоттки».
«Мы бросаем вызов общепринятому представлению о том, каким должен быть транзистор», — сказал профессор Арокия Натан из Кембриджского инженерного факультета, соавтор статьи. «Мы обнаружили, что эти барьеры Шоттки, которых большинство инженеров стараются избегать, на самом деле обладают идеальными характеристиками для тех типов приложений со сверхнизким энергопотреблением, которые мы рассматриваем, таких как носимая или имплантируемая электроника для мониторинга состояния здоровья».Новая конструкция решает одну из основных проблем, препятствующих разработке транзисторов сверхмалой мощности, а именно возможность производить их очень малых размеров. По мере того, как транзисторы становятся меньше, их два электрода начинают влиять на поведение друг друга, и напряжения распределяются, что означает, что ниже определенного размера транзисторы не могут работать должным образом.
Изменив конструкцию транзисторов, исследователи из Кембриджа смогли использовать барьеры Шоттки, чтобы электроды оставались независимыми друг от друга, так что транзисторы можно было уменьшить до очень малых геометрических размеров.Эта конструкция также обеспечивает очень высокий уровень усиления или усиления сигнала. Рабочее напряжение транзистора меньше вольт, а потребляемая мощность ниже миллиардной ватта. Такое сверхнизкое энергопотребление делает их наиболее подходящими для приложений, в которых функциональность важнее скорости, что составляет суть Интернета вещей.
«Если бы мы использовали типичную батарею АА, основанную на этой конструкции, ее хватило бы на миллиард лет», — сказал доктор Сунгсик Ли, первый автор статьи, также из Департамента инженерии. «Использование барьера Шоттки позволяет нам уберечь электроды от помех друг другу, чтобы усилить амплитуду сигнала даже в состоянии, когда транзистор почти выключен».«Это приведет к появлению новой модели проектирования интерфейсов датчиков сверхнизкой мощности и аналоговой обработки сигналов в носимых и имплантируемых устройствах, которые имеют решающее значение для Интернета вещей», — сказал Натан.
«Это гениальная концепция транзисторов», — сказал профессор Гехан Амаратунга, руководитель группы по преобразованию электроники, энергии и энергии инженерного факультета Кембриджа. «Этот тип работы со сверхнизким энергопотреблением является предпосылкой для многих новых повсеместных электронных приложений, где важна функция — по сути,« интеллект »- без требования к скорости. В таких приложениях возможность полностью автономного электроника теперь становится возможной. Система может полагаться на сбор фоновой энергии из окружающей среды для очень долгой работы, что сродни таким организмам, как бактерии в биологии ».