Исследование представляет собой избранную статью в Письма по прикладной физике.

"Реализация этого нового типа транзисторов открывает возможность интеграции многофункциональных устройств, таких как реконфигурируемые транзисторы, фильтры и резонаторы, на одной платформе - и все это при работе на очень высокой частоте и высокой мощности", - сказал Зетиан Ми, профессор электротехники и вычислительной техники U-M, который руководил исследование: "Это меняет правила игры для многих приложений".

На самом базовом уровне транзистор - это своего рода переключатель, пропускающий электрический ток или препятствующий его прохождению. Тот, что был продемонстрирован в Мичигане, известен как сегнетоэлектрический транзистор с высокой подвижностью электронов (FeHEMT) - усовершенствование HEMTs, которое может увеличить сигнал, известный как коэффициент усиления, а также обеспечивает высокую скорость переключения и низкий уровень шума. Это делает их хорошо подходящими в качестве усилителей для передачи сигналов на вышки сотовой связи и маршрутизаторы Wi-Fi на высоких скоростях.

Сегнетоэлектрические полупроводники выделяются среди других тем, что они могут поддерживать электрическую поляризацию, подобную электрической версии магнетизма. Но, в отличие от магнита на холодильник, они могут переключать, какой конец положительный, а какой отрицательный. В контексте транзистора эта возможность добавляет гибкости - транзистор может изменять свое поведение.

"Мы можем сделать наш сегнетоэлектрический HEMT реконфигурируемым", - сказал Дин Ван, ученый-исследователь в области электротехники и вычислительной техники и первый автор исследования. "Это означает, что он может функционировать как несколько устройств, таких как один усилитель, работающий как несколько усилителей, которыми мы можем динамически управлять. Это позволяет нам уменьшить площадь контура и снизить стоимость, а также потребление энергии".

Областями, представляющими особый интерес для этого устройства, являются реконфигурируемая радиочастотная и микроволновая связь, а также устройства памяти в электронике и вычислительных системах следующего поколения.

"Добавляя сегнетоэлектричество к HEMT, мы можем сделать переключение более резким. Это могло бы обеспечить гораздо меньшее энергопотребление в дополнение к высокому коэффициенту усиления, что сделало бы устройства гораздо более эффективными", - сказал Пинг Ван, ученый-исследователь в области электротехники и вычислительной техники, а также соавтор исследования.

Сегнетоэлектрический полупроводник изготовлен из нитрида алюминия с примесью скандия, металла, иногда используемого для укрепления алюминия в высокопроизводительных велосипедах и реактивных самолетах. Это первый сегнетоэлектрический полупроводник на основе нитрида, позволяющий интегрировать его с полупроводником следующего поколения нитридом галлия. Полупроводники из нитрида галлия, обладающие скоростью, в 100 раз превышающей скорость кремния, а также высокой эффективностью и низкой стоимостью, претендуют на то, чтобы вытеснить кремний в качестве предпочтительного материала для электронных устройств.

"Это ключевой шаг на пути к интеграции нитридных сегнетоэлектриков с основной электроникой", - сказал Ми.

Новый транзистор был выращен с использованием молекулярно-лучевой эпитаксии, того же подхода, который использовался для изготовления полупроводниковых кристаллов, приводящих в действие лазеры в проигрывателях CD и DVD.

Мичиганский университет подал заявку на патентную защиту. Ранняя работа, приведшая к этому исследованию, финансировалась Управлением военно-морских исследований и инициативой "Голубое небо" Инженерного колледжа U-M.

Устройство было создано на заводе нанотехнологий Лурье и изучено в Мичиганском центре характеристики материалов.