Представьте горную дорогу, по которой машины едут быстро и без пробок, пока не упрутся в крутой поворот. В транзисторе из оксида галлия роль машин играют электроны, а роль поворота — высокое напряжение. Обычно в таких приборах электроны сталкиваются с неровностями дороги и теряют скорость, но здесь канал сделан так, что они летят свободно.

В этом транзисторе электроны не разбросаны по всему кристаллу, а собраны в тонкий слой толщиной в несколько атомов. Этот слой называют двумерным электронным газом. Чтобы его создать, в материал добавили примесь кремния, но не в сам канал, а в соседний слой. Так электроны отделяются от примеси и движутся без столкновений, как машины по свежему асфальту.

Исследователи проверили, что будет, если увеличивать расстояние между затвором и стоком — двумя электродами, которые управляют током. Чем длиннее этот участок, тем выше напряжение, которое выдерживает транзистор. При расстоянии 28 микрометров прибор показал 6,6 киловольт. Это как если бы узкая дорога постепенно расширялась, и машины могли разгоняться безопаснее.

Но даже на такой дороге есть опасный поворот. У края затвора электрическое поле сгущается, как поток машин перед резким изгибом. Если поле станет слишком сильным, транзистор пробьёт. В этой работе поле у края достигло 12 мегавольт на сантиметр — в пять раз выше среднего. Значит, есть куда улучшать конструкцию.

Горная дорога пока не идеальна, но она уже позволяет проехать там, где раньше был тупик. Транзистор из оксида галлия с двумерным электронным газом впервые выдержал напряжение в несколько киловольт без дополнительных ухищрений. Это открывает путь к компактным преобразователям для электромобилей и энергосетей, где каждый сантиметр на счету.