弾道偏向トランジスタ（BDT）は、2006年以降に開発された電子デバイスで、[1]高速集積回路（半導体材料上に形成された回路群）用です。論理ゲート（特定の入力のみで動作するデバイス）の代わりに電磁力を利用して電子の力を切り替える仕組みです。このトランジスタの独自の設計では、偏向器と呼ばれるくさび形の障害物から個々の電子が跳ね返ります。[2]最初に電界によって加速された電子は、電磁 偏向によってそれぞれの経路に沿って誘導されます。そのため、電子は原子や欠陥によって散乱されることなく移動できるため、速度が向上し、消費電力が削減されます。[3]
目的
弾道偏向トランジスタは、電子デバイスにおける線形増幅器と電流スイッチの両方の役割を果たす点で重要であり、デジタルロジックやメモリの維持に活用できる可能性があります。トランジスタのスイッチング速度は、電荷キャリア（典型的には電子）が1つの領域から次の領域へ移動する速度に大きく左右されます。そのため、研究者たちは弾道伝導を利用して電荷キャリアの移動時間を改善したいと考えています。[3]また、従来のMOSトランジスタは、電子の非弾性衝突によって大量の熱を放出するため、熱発生間隔を短縮するために高速スイッチングを行う必要があり、線形回路における有用性が低下します。[2]
利点
弾道偏向トランジスタの利点の一つは、消費電力が非常に少ない（断熱回路を実装している）ため、発熱量が少なく、より高速に動作したり、より高いデューティサイクルで動作したりできることです。そのため、様々なアプリケーションでの利用が容易になります。この設計は、電子機器から発生する電気ノイズも低減します。[2]弾道偏向トランジスタのもう一つの利点は、速度の向上に加え、線形増幅器とスイッチの両方の用途に使用できることです。[3]さらに、弾道偏向トランジスタは本質的に小型です。これは、通常大型デバイスで支配的な、電子の非弾性散乱を担うメカニズムの役割を軽減できるのは、小型であることだけが理由です。[4]
弾道伝導への代替アプローチ
世界中の多くの研究室の目標は、現在の技術よりも高速に動作できるスイッチと増幅器を作成することです。[3]具体的には、デバイス内の電子が弾道伝導挙動を示す必要があります。[5]現在、シリコンMOS電界効果トランジスタ（MOSFET）が主要かつ最先端の回路です。 しかし、研究者は、理想的な半導体を見つけることで、トランジスタのサイズが現在の世代のシリコントランジスタで観察されるサイズよりも小さくなり、MOSトランジスタのパフォーマンスを低下させる多くの望ましくない効果が生じると予測しています。[3] 1960年代初頭から、弾道伝導を目指す研究が行われており、現代の金属-絶縁体-金属ダイオードにつながっていますが、3端子スイッチを生み出すことはできませんでした。[3]弾道伝導への別のアプローチは、温度を下げることで散乱を減らすことで、超伝導コンピューティングを実現しました。[4]弾道偏向トランジスタは、伝導媒体として2次元電子ガスを使用して、コーネルナノファブリケーション施設で最近（2006年）作成された設計で構成されています。[2]
ビーム偏向管と呼ばれる初期の真空管デバイスは、同様の原理に基づいて同様の機能を提供していました。
参考文献
- ^ クエンティン・ディダック、マーティン・マルガラ、マーク・J・フェルドマン（2006年11月20日）「弾道電流の幾何学的偏向に基づくテラヘルツトランジスタ」2006 IEEE MTT-S 国際マイクロ波シンポジウムダイジェストpp. 345– 347. doi :10.1109/MWSYM.2006.249522. ISBN 978-0-7803-9541-1. S2CID 8542845。
- ^ abcd Sherwood, Jonathan. 「Radical 'Ballistic Computing' Chip Bounces Electrons Like Billards」. 2013年2月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2006年8月17日閲覧。
- ^ abcdef Bell, Trudy E. (1986年2月). 「弾道作用の探求」. IEEE Spectrum 2. 23 (2): 36– 38. Bibcode :1986IEEES..23...36B. doi :10.1109/mspec.1986.6370997. S2CID 36115685.
- ^ ab 名取健二 (1994年7月6日). 「弾道金属酸化物半導体電界効果トランジスタ」. Journal of Applied Physics . 76 (8): 4879– 4890. Bibcode :1994JAP....76.4879N. doi :10.1063/1.357263. hdl : 2241/88704 .
- ^ Dyakonov, Michael; Michael Shur (1993年10月11日). 「弾道電界効果トランジスタの浅水アナロジー：直流電流によるプラズマ波生成の新メカニズム」. Physical Review Letters . 71 (15): 2465– 2468. Bibcode :1993PhRvL..71.2465D. doi :10.1103/PhysRevLett.71.2465. PMID 10054687.
