Tre gånger mer energisnålt – och bättre prestanda

Lars-Erik Wernersson, professor i nanoelektronik vid LTH, har tillsammans med sitt forskarlag tagit fram en teknik för smartare transistorer som kan komma till användning inom elektronik som arbetar vid låg energi, exempelvis sensorer för Internet of Things. Om de nya transistorerna skulle användas i stor skala skulle enorma energibesparingar göras.

I sin forskning ägnar sig Lars-Erik Wernersson sedan många år åt en fråga om transistorer, som är elektronikens minsta byggstenar: Hur bra kan de bli, vilken prestanda kan de få?

När hans forskarkollegor vid LTH nyligen rapporterade in data från ett experiment som gjordes inom ramen för det EU-finansierade projektet E2SWITCH förstod Lars-Erik Wernersson, precis som doktoranderna som utförde testet, att det var fråga om ett banbrytande resultat:

– Vi har gjort om testerna många gånger och lyckats demonstrera att prestandan med den här nya, energibesparande tekniken inte bara är tillräcklig, utan till och med bättre än den som bygger på traditionella tekniker.

Transistorer är ett slags strömbrytare. När mängden energi som går åt till att slå till eller från transistorerna minskas kan stora sammantagna besparingar göras.

Med hjälp av nanoteknologin har materialen och arkitekturen i transistorerna optimerats så att dessa vid låga spänningar endast förbrukar en tredjedel av den energi som går åt med dagens teknik. Transistorerna kan användas i digitala kretsar, olika sensorer och kommunikation. För Internet of Things-applikationer väntas transistorer med låg energiåtgång ha stor betydelse.

– Vi har kunnat operera transistorerna under den så kallade fundamentala termiska gränsen, vilket reducerar energiförbrukningen. Nästa steg är att fortsätta studera fysiken och förstå komponenterna bättre så att de går att optimera vidare. Vi vill också hitta vägar att föra över teknologin till industrin.

Det forskarna har funnit kan troligen ha flyttat ut i tillverkningsprocesser om fem till tio år. Hur stora energibesparingarna kan bli beror enligt Lars-Erik Wernersson på hur bra komponenter som går att tillverka ute i industrin.

– Drömscenariot är att alla dataservrar konsumerar mindre energi med hjälp av den teknik vi använder. Då skulle besparingen under ett år vara jämförbar med den energi som konsumeras i Storbritannien under samma tid.

Enligt Lars-Erik Wernersson är den nya tekniken ett komplement och en av flera tekniker som kan användas för att skapa mer energisnåla transistorer – och olika typer av tillämpningar kräver olika typer av lösningar. När det gäller transistorer i så kallad compound-halvledarteknik ligger LTH mycket långt fram och konkurrerar med en handfull av världens bästa universitet.

– Vi är mycket glada att vi har funnit något som många letat efter. Vi har visat att transistorerna har en hög prestanda och att det går att minska energiförbrukningen. Och nu kan vi fortsätta att lägga pusselbitar, säger Lars-Erik Wernersson.

FÖRDJUPNING / Den nya transistortekniken

De nya transistorerna bygger på en tunnelmekanism där bandpass-filtrering av laddningsbärarna undertrycker termisk emission och tillåter operation under den fundamentala termiska gränsen, 60 millivolt per dekadändring av strömmen (mV/dec).

Den kritiska strömmen, där transistorn opererar under den termiska gränsen 60 mV/dec, har ökats 100 gånger. Drivströmmen för denna typ av transistorer har ökats 10 gånger. Dessa två faktorer gör att teknologin uppvisar bättre prestanda än konventionella transistorer.

FAKTA / E2SWITCH

E2SWITCH är ett forskningsprojekt finansierat av EU som syftar till att finna smarta elektroniska komponenter som också ger energibesparingar. I konsortiet ingår nio partners från sex europeiska länder.

KONTAKT: Lars-Erik Wernersson, professor i nanoelektronik vid Institutionen för Elektro- och informationsteknik, LTH. Telefon: +46462229003 E-post: lars-erik.wernersson@eit.lth.se

Tiina Meri, vik pressansvarig vid Lunds Tekniska Högskola, tel 046-222 07 69, tiina.meri@kansli.lth.se

Taggar: