Balistické tranzistory jsou souhrnným názvem pro elektronická zařízení, kde se proudové nosiče pohybují bez ztráty energie a střední volná dráha nosičů je mnohem větší než velikost tranzistorového kanálu . Teoreticky tyto tranzistory umožní vytvoření vysokofrekvenčních ( rozsah THz ) integrovaných obvodů , protože rychlost je určena dobou letu mezi emitorem a kolektorem, nebo jinými slovy, vzdálenost mezi kontakty dělená rychlost elektronů. V balistickém tranzistoru je rychlost elektronů určena Fermiho rychlostí, nikoli rychlostí driftu spojenou s pohyblivostí proudových nosičů . Pro implementaci tohoto typu tranzistoru je nutné vyloučit rozptyl krystalovými defekty v proudovém kanálu (včetně rozptylu fonony ), kterého lze dosáhnout pouze u velmi čistých materiálů, jako je heterostruktura GaAs/AlGaAs . Dvourozměrný elektronový plyn vytvořený v kvantové jámě GaAs má vysokou pohyblivost při nízkých teplotách a v důsledku toho delší střední volnou dráhu než u jiných materiálů, což umožňuje vytvářet zařízení využívající elektronovou litografii , kde lze řídit trajektorii elektronů. pomocí hradel nebo zrcadlově rozptylujících defektů, i když konvenční tranzistor s efektem pole bude fungovat také jako balistický (s dostatečně malými rozměry). Balistické tranzistory jsou také založeny na uhlíkových nanotrubičkách , kde díky absenci zpětného rozptylu (střední volná dráha se zvětšuje na lineární velikost elektronky) jsou provozní teploty ještě vyšší než v případě GaAs.
Transport v jednostěnných kovových nanotrubičkách je balistický, ale do roku 2003 nebylo možné nanotrubice použít při vytváření balistických tranzistorů, protože nebyl znám dobrý materiál pro ohmický kontakt. Mezi niklem (titanem) a jednostěnnou kovovou uhlíkovou nanotrubičkou je vytvořena Schottkyho bariéra . Tento problém byl vyřešen použitím palladia (pro vodivost typu p), které má vysokou pracovní funkci a lepší smáčivost (rovnoměrné rozložení palladia na nanotrubici na rozdíl od platiny) [1] . Takové tranzistory pracují při pokojové teplotě, i když při provozu v jednom režimu není odpor tranzistoru v zapnutém stavu menší než 6 kΩ.
Místo toho, aby vyžadovaly velké napětí ke kontrole toku mnoha pomalých elektronů , jak je děláno v konvenčním poli-tranzistory účinku , balistické tranzistory používají bránu ke změně směru zrychlených rychlých jednotlivých elektronů prostředky k bráně, vyžadovat hodně méně napětí. Působením elektrického pole přecházejí pomalé elektrony z materiálu elektrody s proudem do tenké vrstvy vysoce mobilního polovodičového tranzistoru. Pomalé elektrony vstupující do polovodiče jsou urychlovány elektrickým polem kanálu až do polovodiče. Rychlé elektrony létající v tenké vrstvě (vytvářející dvourozměrný elektronový plyn ) polovodiče vysokou rychlostí se nesrážejí s defekty v polovodiči. Poté jsou urychlující elektrony vychylovány elektrickým nebo magnetickým polem řídicích elektrod a jsou směrovány po jedné z drah. U této cesty jedna z cest odpovídá logické "0" a druhá logické "1" . Pak se rychlé elektrony srazí buď se stěnou jedné z drah, nebo s klínovitým reflektorem (deflektorem) odrážejícím elektrony o hranici polovodiče a jsou nasměrovány do požadovaného svodu. Název „balistický“ byl zvolen tak, aby odrážel vlastnost jednotlivých elektronů procházet tenkovrstvou polovodičovou vrstvou bez kolize s defekty v polovodiči, tedy bez rozptylu. [2] .
Prvními balistickými zařízeními byly balistické celovlnné usměrňovače [3] , vyrobené z heterostruktur InGaAs–InP a detekující (usměrňující) střídavý proud o frekvenci až 50 GHz.
Ve vysoce mobilním tenkém filmu polovodiče s dvourozměrným elektronovým plynem na podložce se po elektronové litografii odstraní nepotřebné části polovodiče (například vytvořením krátkého vodivého kanálku), zbývající část polovodiče se odstraní balistický celovlnný usměrňovač a po přidání řídicích elektrod jde o balistický diferenciální zesilovač (viz obr.).
Výhodou jsou menší rozměry, žádný hluk výstřelu při nízké teplotě [4] , nižší spotřeba a vyšší ( terahertz ) spínací frekvence. Tato technologie byla poprvé vyvinuta na University of Rochester ( stát New York , USA ), kde vznikl výzkumný prototyp, který zůstává koncepční dodnes. Prototyp byl vyroben v Cornell Nanofabrication Facility [5] , partnerství NNIN amerických NIO pracujících v oblasti nanotechnologií , s podporou Úřadu pro námořní výzkum [2] .
Tento prototyp je podobný integrovaným diferenciálním párům tranzistorů , což určuje možné oblasti jeho použití (diferenciální vstupní stupně operačních zesilovačů , komparátorů , logických obvodů jako ESL , emitorově vázané Schmittovy spouštěče atd.).