Чиповете на бъдещето: Микрокондензатори с отрицателен капацитет увеличават мощността 170 пъти
Стремежът към по-малки и по-енергийно ефикасни устройства накара откривателите да проучат опцията за консолидиране на съхранението на сила непосредствено в микрочиповете, като по този метод се сведат до най-малко загубите на сила, които пораждат при преноса на сила сред другите съставни елементи. Идеята не е напълно нова, само че сегашната технология се затруднява да отговори на условията за запазване на задоволително сила в плътно пространство, като в същото време я доставя бързо.
В тази връзка учени от Националната лаборатория „ Лорънс Бъркли “ и Калифорнийския университет в Бъркли са основали „ микрокондензатори “, които се оправят с този минус, както се показва в изследване, оповестено в авторитетното списание Nature.
Тези кондензатори, направени от конструирани тънки пластове от хафниев оксид (HfO2) и циркониев оксид (ZrO2) употребяват материали и техники за произвеждане, които нормално се употребяват при производството на чипове. Това, което ги отличава е способността им да съхраняват доста повече сила от елементарните кондензатори, с помощта на потреблението на материали с негативен потенциал.
Кондензаторите са един от главните съставни елементи на електрическите вериги. Те съхраняват сила в електрическо поле, основано сред две железни плочи, разграничени от диелектричен материал (неметално вещество). Те могат да доставят сила бързо и имат по-дълъг живот от батериите, които съхраняват сила посредством електрохимични реакции.
Тези преимущества обаче се реализират за сметка на доста по-ниска компактност на силата. Може би по тази причина до момента сме виждали единствено устройства с ниска мощ като мишки, захранвани с тази технология за разлика от такива като преносим компютър. Освен това казусът единствено се изостря при свиването им до размери на микрокондензатор за предпазване на сила в чипа.
Изследователите преодоляват този проблем като основават тънки пластове от HfO2-ZrO2, с цел да реализиран негативен потенциал. Чрез вярна конфигурация на състава те са съумели да накарат материала да се поляризира елементарно даже от малко електрическо поле.
За да усилят способността на пластовете за предпазване на сила, екипът слага атомно тънки пластове алуминиев оксид на всеки няколко пласта HfO2-ZrO2, което им разрешава да произведат пластове с дебелина до 100 nm, като резервират мечтаните свойства.
Тези пластове били интегрирани в триизмерни микрокондензаторни структури, като реализираха рекордни свойства: 9 пъти по-висока енергийна компактност и 170 пъти по-висока компактност на мощността спрямо най-хубавите електростатични кондензатори през днешния ден. Това са си върхове.
„ Енергията и плътността на мощността, които получихме са доста по-високи, в сравнение с чакахме. Разработваме материали с негативен потенциал от доста години, само че тези резултати бяха много изненадващи. “
казва Сайеф Салахуддин, старши теоретичен помощник в лабораторията в Бъркли, професор в Калифорнийския университет в Бъркли и началник на плана
Технологията би могла да помогне да се отговори на възходящото търсене на дребно предпазване на сила в микроустройства като IoT, крайни компютърни системи и процесори за приложения с изкуствен интелект.
„ С тази технология най-сетне можем да стартираме да осъществяваме безпроблемно консолидиране на съхранението на сила и доставката на сила в чип с доста дребни размери. Това може да открие нова област на енергийните технологии за микроелектрониката. “
казва Сурадж Чима, един от водещите създатели на публикацията
Това е огромен пробив, само че откривателите не стопират да се трудят. Сега те работят върху мащабирането на технологията и консолидираното ѝ в пълноразмерни микрочипове, като в същото време усъвършенстват в допълнение негативния потенциал на пластовете.
