Transistor de deflexión balística

Los transistores de deflexión balística ( BDT ) son dispositivos electrónicos, desarrollados desde 2006, ^{[ 1 ]} para circuitos integrados de alta velocidad , que son conjuntos de circuitos confinados en material semiconductor. Utilizan fuerzas electromagnéticas en lugar de una puerta lógica , un dispositivo que se usa para operar únicamente con entradas específicas, para conmutar las fuerzas de los electrones. El diseño único de este transistor incluye electrones individuales que rebotan en obstáculos en forma de cuña llamados deflectores. ^{[ 2 ]} Inicialmente acelerados por un campo eléctrico, los electrones son guiados en sus respectivas trayectorias por la deflexión electromagnética . Por lo tanto, los electrones pueden viajar sin ser dispersados ​​por átomos o defectos, lo que resulta en una mayor velocidad y un menor consumo de energía. ^{[ 3 ]}

Un transistor de deflexión balística sería significativo al funcionar como amplificador lineal y conmutador para el flujo de corriente en dispositivos electrónicos, lo que podría utilizarse para mantener la lógica digital y la memoria. La velocidad de conmutación de un transistor se ve muy afectada por la rapidez con la que los portadores de carga (típicamente, electrones) pueden cruzar de una región a otra. Por esta razón, los investigadores buscan utilizar la conducción balística para mejorar el tiempo de viaje de los portadores de carga. ^{[ 3 ]} Los transistores MOS convencionales también disipan mucho calor debido a las colisiones inelásticas de los electrones y deben conmutar rápidamente para reducir los intervalos de tiempo en los que se genera calor, lo que reduce su utilidad en circuitos lineales. ^{[ 2 ]}

Una ventaja del transistor de deflexión balística es que, debido a que este dispositivo consume muy poca energía (al implementar un circuito adiabático ), genera menos calor y, por lo tanto, puede operar más rápido o con un ciclo de trabajo mayor. De esta manera, será más fácil de utilizar en diversas aplicaciones. Este diseño también reduce el ruido eléctrico proveniente de los dispositivos electrónicos. ^{[ 2 ]} Además de una mayor velocidad, otra ventaja del transistor de deflexión balística es que puede utilizarse tanto como amplificador lineal como interruptor. ^{[ 3 ]} Adicionalmente, los transistores de deflexión balística son intrínsecamente pequeños, ya que su reducido tamaño permite minimizar la influencia de los mecanismos responsables de la dispersión inelástica de electrones, que normalmente predominan en dispositivos de mayor tamaño. ^{[ 4 ]}

El objetivo de muchos laboratorios alrededor del mundo es crear interruptores y amplificadores que puedan operar más rápido que la tecnología actual. ^{[ 3 ]} Específicamente, los electrones dentro del dispositivo deben demostrar un comportamiento de conducción balística . ^{[ 5 ]} Actualmente, el transistor de efecto de campo MOS de silicio (MOSFET) es el circuito principal y líder. Sin embargo, los investigadores predicen que encontrar el semiconductor ideal disminuirá las dimensiones del transistor, incluso por debajo de los tamaños observados en la generación actual de transistores de silicio, lo que resulta en muchos efectos indeseables que reducen el rendimiento de los transistores MOS. ^{[ 3 ]} Desde principios de la década de 1960, ha habido investigación apuntando a la conducción balística , que llevó a los modernos diodos metal-aislante-metal , pero no produjo un interruptor de tres terminales. ^{[ 3 ]} Otro enfoque para la conducción balística fue reducir la dispersión al disminuir la temperatura, lo que resultó en la computación superconductora . ^{[ 4 ]} El transistor de deflexión balística comprende el diseño reciente (en 2006) creado por la Instalación de Nanofabricación de Cornell , utilizando un gas de electrones bidimensional como medio conductor. ^{[ 2 ]}

Un dispositivo anterior que utilizaba tubos de vacío, denominado tubo deflector de haz, ofrecía una funcionalidad similar basada en un principio parecido.