Смартфоны и компьютеры со временем начинают работать хуже. Физики из Калифорнийского университета наконец выяснили точную причину износа микросхем на квантовом уровне. В новом исследовании они показали, как одиночные электроны разрушают чипы и как это поможет в создании устройств, которые не изнашиваются со временем. Статья об открытии опубликована в журнале Physical Review B.
Долгие годы специалисты ломали голову над так называемой деградацией горячих носителей. Это процесс, из-за которого разрушаются важные химические связи между кремнием и водородом внутри транзисторов.
Во время производства микросхем инженеры специально добавляют водород, чтобы «сгладить» дефекты кремния. Однако при прохождении тока водород иногда отрывается. Ранее считалось, что связь рвется от постоянных ударов множества электронов.
Квантовое моделирование показало, что процесс запускает всего один высокоэнергетичный электрон. Он на короткое время попадает в скрытое электронное состояние, ослабляет связь и выталкивает атом водорода. Сам водород при этом ведет себя не как обычная частица, а как волновой пакет или облако.
Открытие объясняет давние загадки физики. Например, почему деградация чипов совершенно не зависит от температуры окружающей среды. Новый квантовый механизм работает не только в кремнии. Такое же разрушение связей происходит в светодиодах и силовой электронике.
Теперь у инженеров появился надежный инструмент для прогнозирования износа материалов. Это открывает путь к созданию мощных процессоров и ультрафиолетовых диодов, которые смогут работать десятилетиями.
Ранее Наука Mail рассказывала о компьютере, которому для работы не требуется электричество.
