Transistor digital - dirakit oleh miliaran chip komputer saat ini - bertindak sebagai sakelar elektronik yang hampir sempurna. Dalam posisi "on", dicapai ketika tegangan di atas ambang batas diterapkan ke perangkat, transistor memungkinkan arus mengalir. Ketika sakelar dimatikan, transistor mencegah aliran arus. Posisi on/off sakelar diterjemahkan ke dalam perhitungan digital 1s dan 0s.
Meskipun 1s dan 0s ini merupakan dasar untuk pengoperasian komputer, perhitungan yang kompleks mengharuskan data disimpan dalam memori agar berguna. Dalam chip saat ini, memori bergantung pada perangkat lain, selain transistor: kapasitor yang menyimpan muatan listrik. Kapasitor kosong saat transistor dimatikan dan dibanjiri muatan listrik saat transistor dihidupkan. Muatan pada kapasitor kemudian mempertahankan 1 atau 0 dari status sakelar transistor.
Melalui proses yang dikenal sebagai ionisasi tumbukan, muatan listrik tambahan dihasilkan di dalam transistor (seperti yang diwakili oleh pasangan "lubang" elektron merah dan biru dalam transistor efek medan semikonduktor oksida logam saluran-n skema atau MOSFET). Pasangan ini putus, dan, pada suhu rendah, beberapa lubang bermuatan positif terperangkap di badan transistor, menyediakan cara untuk menyimpan status memori. Proses ionisasi dampak ini mendasari memori kriogenik yang diusulkan baru.
Para peneliti di Institut Nasional Standar dan Teknologi (NIST) dan rekan-rekan mereka di Brown University sekarang telah mengamati bahwa pada suhu sekitar tiga derajat di atas nol mutlak (3K), transistor dapat berfungsi sebagai perangkat penyimpanan memorinya sendiri, meniadakan kebutuhan untuk kapasitor. Dengan proses yang dikenal sebagai ionisasi tumbukan, muatan listrik tambahan dihasilkan di dalam transistor. Pada suhu rendah, beberapa muatan tambahan ini dapat terperangkap di badan transistor, memengaruhi aliran arus dan menyediakan cara untuk menyimpan memori status "1".
Temuan itu, yang dilaporkan online 29 Juli di Applied Physics Letters , dapat mengarah pada pengembangan sirkuit kontrol yang lebih ringkas untuk sensor suhu rendah dan perangkat informasi kuantum. Misalnya, transistor dingin dapat berinteraksi dengan dan membacakan data dari qubit solid-state yang diusulkan – analog kuantum dari bit (1s dan 0s) dari komputer konvensional, yang memerlukan suhu serendah 25 seperseribu derajat di atas nol mutlak. .
Karena transistor adalah komponen silikon standar yang tersedia, mereka dapat dengan mudah dimasukkan ke dalam sirkuit komputer pada suhu rendah, catat rekan penulis studi Curt Richter dari NIST.
Studi dimulai ketika rekan-rekan dari Brown University mendekati NIST karena mereka ingin membangun kamera magnetik, yang terdiri dari array sensor medan magnet yang sensitif, untuk memeriksa bahan ultra tipis pada suhu kriogenik (ultralow). NIST mengkhususkan diri dalam mempelajari perilaku rinci sirkuit komputer, termasuk transistor, pada suhu kriogenik, untuk membantu perancang komputer.
Para peneliti NIST-Brown University memperhatikan bahwa ketika mereka menerapkan tegangan melebihi 1,3 volt ke transistor dingin untuk mengubahnya ke posisi "on", transistor mempertahankan memori peristiwa itu bahkan setelah dimatikan. Memori memanifestasikan dirinya sebagai jumlah arus yang mengalir melalui transistor ketika berada dalam posisi "mati". Untuk tegangan yang diberikan, arus dalam transistor bergantung pada riwayatnya — apakah baru saja dinyalakan atau tidak. Arusnya sangat berbeda — sebanyak 10 juta kali lebih besar — ??jika transistor baru saja dihidupkan dibandingkan dengan situasi di mana transistor tetap mati.
“Itu memungkinkan untuk membuat memori yang sangat ringkas dari satu transistor,” kata Richter.
Memori bertahan selama beberapa menit, yang merupakan waktu yang lama dibandingkan dengan skala waktu penginderaan atau komputasi kuantum, “sehingga perangkat kami dapat berguna untuk aplikasi memori dalam skema komputasi kuantum yang diusulkan,” tambah Richter.
Dia mengatakan penulis studi sekarang berencana untuk mengeksplorasi seberapa tinggi suhu transistor dapat beroperasi dan masih mempertahankan memori built-in, serta kecepatan di mana memori dapat diprogram dan dihapus.
Makalah: A. Zaslavsky, CA Richter, P. Shrestha, BD Hoskins, T. Le, A. Madhavan dan JJ McClelland. Bistabilitas yang diinduksi ionisasi berdampak pada transistor CMOS pada suhu kriogenik untuk aplikasi memori tanpa kapasitor. Surat Fisika Terapan , vol. 19, edisi no. 4, 2021. DOI: 10.1063/5.0060343
Sumber : https://www-nist-gov
|
