Новости

В новосибирском Академгородке создали ключевые наноэлементы для посткремниевой электроники и нейрокомпьютеров

28 февраля 2020 Рубрика: Исследования и разработки, Новости организаций Ключевые слова: нанокристаллы, посткремниевая электроника, нейрокомпьютеры, нанопереключатели

Научной группе из новосибирского Академгородка удалось впервые в мире создать уникальные нанопереключатели — приборы на основе монокристаллов двуокиси ванадия (VO2), которые резко и обратимо изменяют свое сопротивление и при этом демонстрируют рекордную энергоэффективность, сравнимую с эффективностью нейрона, высокое быстродействие и долговечность.

Предложенная технология формирования переключателей интегрируется в хорошо развитую кремниевую технологию, что обеспечивает ее дешевизну. Большие массивы таких нанопереключателей перспективны для создания посткремниевой электроники и нейрокомпьютеров, работающих по принципам человеческого мозга.

Новый результат — продолжение работы, в ходе которой та же научная группа впервые синтезировала массивы упорядоченных монокристаллов диоксида ванадия. Этот материал — один из самых перспективных для создания компьютеров, функционирующих по принципу человеческого мозга: диоксид ванадия может очень быстро переходить из полупроводникового состояния в металлическое и обратно.

Переключатель представляет собой нанокристалл двуокиси ванадия с двумя контактами, один из которых — внедренная в кристалл проводящая кремниевая наноигла, с радиусом закругления около 10 нанометров Благодаря остроте контакта, у его вершины концентрируется электрическое поле и ток, что и обеспечивает малое напряжение переключения из полупроводникового в металлическое состояние. Это обеспечивает рекордную энергоэффективность прибора, которая сравнима с эффективностью нейрона.

Для внедрений важно, что прибор практически весь кремниевый — и подложка, и наноигла, и второй контакт. Лишь нанокристалл между контактами — двуокись ванадия. Стандартной технологией сформировать такую трехмерную наноструктуру невозможно, тем более что подходящих подложек не существует.

«В основе нашей технологии лежат обнаруженные нами условия синтеза нанокристалла двуокиси ванадия на вершине кремниевой наноиглы, — объясняет заведующий лабораторией ИФП СО РАН, первый автор статьи в Nanoscale член-корреспондент РАН Виктор Принц.

Такие нанопереключатели необходимы для нейроморфных систем как аналоги нейронов. На данный момент плотность сформированных нанопереключателей — миллион на квадратный сантиметр, однако, ее можно увеличить в тысячу раз.

«С диоксидом ванадия мы работаем несколько лет: сначала, как и практически все в мире, исследовали поликристаллические пленки этого соединения. Первый наш значительный успех связан с тем, что мы смогли синтезировать упорядоченные идеально чистые монокристаллы этого соединения. Причем расположение последних задавалось созданными наноструктурами на кремниевой подложке, — отмечает соавтор статьи, научный сотрудник лаборатории физики и технологии трехмерных наноструктур ИФП СО РАН Сергей Мутилин. — Сейчас мы продвинулись гораздо дальше — нам удалось создать на их основе полноценные наноприборы с наноконтактами. Наш подход синтеза кристаллов на кончике кремниевых наноигл можно распространить и на другие перспективные полупроводниковые материалы для которых отсутствуют подложки».

Важным параметром новых переключателей является их долговечность — более 100 миллиардов переключений без изменений характеристик.

«Исследование выполнялось при финансовой поддержке Российского научного фонда, наши дальнейшие планы — работа по оптимизации нанопереключателей, а также формирование их связанного массива и создание искусственных нейросетей, — добавляет Виктор Принц. — На этом пути мы еще в самом начале».

Подробности исследования сотрудников Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН и Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН опубликованы в престижном научном журнале Nanoscale. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).

Изображение кремниевой иглы до и после синтеза диоксида ванадия. Слева кремниевая игла до синтеза диоксида ванадия, справа та же кремниевая игла с наращённым на ее вершину нанокристаллом диоксида ванадия. Victor Ya. Prinz et.al. / Nanoscale, 2020

Изображение кремниевой иглы до и после синтеза диоксида ванадия. Слева кремниевая игла до синтеза диоксида ванадия, справа та же кремниевая игла с наращённым на ее вершину нанокристаллом диоксида ванадия. Victor Ya. Prinz et.al. / Nanoscale, 2020

Заведующий лабораторией физики и технологии трехмерных наноструктур ИФП СО РАН член-корреспондент РАН Виктор Яковлевич Принц (автор фото Виктор Яковлев)

Заведующий лабораторией физики и технологии трехмерных наноструктур ИФП СО РАН член-корреспондент РАН Виктор Яковлевич Принц (автор фото Виктор Яковлев)

Схематическое изображение нанопереключателя. К кристаллу VO2 с внедренной кремниевой иглой подается электрическое напряжение, в результате чего в нем формируется тонкий проводящий канал. Источник: Victor Ya. Prinz et.al. / Nanoscale, 2020

Схематическое изображение нанопереключателя. К кристаллу VO2 с внедренной кремниевой иглой подается электрическое напряжение, в результате чего в нем формируется тонкий проводящий канал. Источник: Victor Ya. Prinz et.al. / Nanoscale, 2020

Научный сотрудник лаборатории физики и технологии трехмерных наноструктур ИФП СО РАН Сергей Владимирович Мутилин (автор фото Виктор Яковлев)

Научный сотрудник лаборатории физики и технологии трехмерных наноструктур ИФП СО РАН Сергей Владимирович Мутилин (автор фото Виктор Яковлев)

Добавить комментарий

  • 30
  • 31
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9
  • 10
  • 11
  • 12
  • 13
  • 14
  • 15
  • 16
  • 17
  • 18
  • 19
  • 20
  • 21
  • 22
  • 23
  • 24
  • 25
  • 26
  • 27
  • 28
  • 29
  • 30
  • 1
  • 2
  • 3