Сотрудники Института физики полупроводников имени А. В. Ржанова СО РАН и Института неорганической химии имени А. В. Николаева СО РАН создали ключевые наноэлементы для посткремниевой электроники и нейрокомпьютеров, которые функционируют по принципу человеческого мозга, сообщила пресс-служба Российского научного фонда (РНФ).
«Научной группе 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 ультрамалое энергопотребление, высокое быстродействие и долговечность. Такие устройства необходимы для создания нейроморфных систем как аналоги нейронов, поэтому уже сейчас энергоэффективность прибора сравнима с эффективностью нейрона», – передает ТАСС сообщение РНФ.
Монокристаллы диоксида ванадия ранее также впервые синтезировали российские ученые. Этот материал считается одним из самых перспективных для создания компьютеров, функционирующих по принципу человеческого мозга: диоксид ванадия может очень быстро переходить из полупроводникового состояния в металлическое и обратно.
Созданные переключатели представляет собой нанокристалл двуокиси ванадия с двумя контактами, один из которых – внедренная в кристалл проводящая кремниевая наноигла. Благодаря ее остроте, у его вершины концентрируются электрическое поле и ток, что и обеспечивает малое напряжение переключения из полупроводникового в металлическое состояние. Такой подход позволил добиться рекордной энергоэффективности прибора в целом, которая сравнима с эффективностью нейрона.
«Для внедрений важно, что прибор был практически весь кремниевый – и подложка, и наноигла, и второй контакт. Лишь нанокристалл между контактами состоит из двуокиси ванадия. Стандартной технологией сформировать такую трехмерную наноструктуру невозможно, тем более подходящих подложек для роста не существует. В основе нашего подхода лежат обнаруженные нами условия синтеза нанокристалла двуокиси ванадия на вершине кремниевой наноиглы», – рассказал заведующий лабораторией ИФП СО РАН, первый автор статьи Виктор Принц.
На данный момент ученые получили плотность нанопереключателей – миллион на квадратный сантиметр, однако ее можно увеличить в тысячу раз. Именно большие массивы этих наноустройств перспективны для создания посткремниевой электроники и компьютеров, работающих по принципам человеческого мозга. Важным параметром новых приборов, как отметили в сообщении, является и их долговечность – более 100 миллиардов переключений без изменений характеристик. Еще одно преимущество технологии – ее дешевизна, так как она интегрируется в традиционную кремниевую технологию производства микроэлектроники. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Nanoscale.