Долговечность современной электроники зависит не только от общего износа, но и от скрытых процессов на атомном уровне. В основе работы полупроводниковых устройств лежат транзисторы, размеры которых сегодня измеряются несколькими слоями атомов. Постоянное протекание и переключение тока вызывает нагрев и постепенную деградацию материалов, однако до недавнего времени точные механизмы разрушения оставались неясны. Результаты работы опубликованы в Physical Review B.
![]()
Фото из открытых источников / © GigaChat
Особое внимание исследователей привлекла так называемая инжекция горячих носителей — процесс, при котором электроны или дырки приобретают значительную энергию, способную запускать химические изменения внутри транзистора. Долгое время считалось, что разрыв химических связей происходит из-за накопительного эффекта множества электронов.
Однако группа физиков обнаружила, что для разрыва связи достаточно одного электрона с определённой энергией. В ходе экспериментов учёные изучили связь между кремнием и водородом на границе кремний—оксид. Водород специально вводят в материал для «запечатывания» оборванных связей кремния, чтобы избежать появления дефектов. Оказалось, что при протекании тока один электрон может занять особое электронное состояние, ослабить связь и вытолкнуть атом водорода. Энергия этого состояния составляет около 7 электронвольт, что совпадает с экспериментальными данными.
«Мы выяснили, что за разрыв связи отвечает не множество частиц, а один-единственный электрон», — отмечают исследователи.
Кроме того, оказалось, что после отсоединения водород начинает подчиняться квантово-механическим законам: его поведение описывается не как движение классической частицы, а как распространение волнового пакета. Это означает, что разрыв связи определяется вероятностью выхода волнового пакета водорода за определённое расстояние, а не просто механическим ударом.
Интересно, что процесс деградации не зависит от температуры, а замена водорода на его изотоп дейтерий (с дополнительным нейтроном) замедляет разрушение в 100 раз. На основе новых данных физики разработали модель, объясняющую все наблюдаемые процессы. По их мнению, эти открытия помогут создавать более надёжные и долговечные электронные компоненты.
