نحن نتحدث عن بدائل للسيليكون.
/ صورة Unsplash
إن قانون مور وقانون دينارد وقاعدة كومي يفقدون أهميتهم. أحد الأسباب هو أن ترانزستورات السيليكون تقترب من حدودها التكنولوجية. لقد ناقشنا هذا الموضوع بالتفصيل . نتحدث اليوم عن مواد يمكن أن تحل محل السيليكون في المستقبل وتزيد من صلاحية القوانين الثلاثة، مما يعني زيادة كفاءة المعالجات وأنظمة الحوسبة التي تستخدمها (بما في ذلك الخوادم في مراكز البيانات).
أنابيب الكربون النانوية
أنابيب الكربون النانوية عبارة عن أسطوانات تتكون جدرانها من طبقة أحادية الذرة من الكربون. نصف قطر ذرات الكربون أصغر من نصف قطر السيليكون، لذلك تتمتع الترانزستورات المعتمدة على الأنابيب النانوية بحركة إلكترون أعلى وكثافة تيار أعلى. ونتيجة لذلك، تزداد سرعة تشغيل الترانزستور، وينخفض استهلاكه للطاقة. بواسطة مهندسين من جامعة ويسكونسن ماديسون، زادت الإنتاجية خمسة أضعاف.
حقيقة أن أنابيب الكربون النانوية لها خصائص أفضل من السيليكون معروفة منذ زمن طويل - ظهرت أول ترانزستورات من هذا النوع . ولكن في الآونة الأخيرة فقط تمكن العلماء من التغلب على عدد من القيود التكنولوجية من أجل إنشاء جهاز فعال بما فيه الكفاية. قبل ثلاث سنوات، قدم فيزيائيون من جامعة ويسكونسن التي سبق ذكرها نموذجًا أوليًا لترانزستور يعتمد على الأنابيب النانوية، والذي تفوق في الأداء على أجهزة السيليكون الحديثة.
أحد تطبيقات الأجهزة المعتمدة على أنابيب الكربون النانوية هو الإلكترونيات المرنة. لكن حتى الآن لم تتجاوز التكنولوجيا المختبر ولا يوجد حديث عن تنفيذها على نطاق واسع.
شرائط الجرافين النانوية
وهي عبارة عن شرائح ضيقة عدة عشرات من النانومترات واسعة و واحدة من المواد الرئيسية لإنشاء ترانزستورات المستقبل. الخاصية الرئيسية لشريط الجرافين هي القدرة على تسريع التيار المتدفق عبره باستخدام المجال المغناطيسي. وفي الوقت نفسه، الجرافين الموصلية الكهربائية أكبر من السيليكون.
في ستكون المعالجات المعتمدة على ترانزستورات الجرافين قادرة على العمل بترددات قريبة من تيراهيرتز. بينما يتم ضبط تردد تشغيل الرقائق الحديثة على 4-5 جيجاهيرتز.
النماذج الأولية لترانزستورات الجرافين . ومنذ ذلك الحين المهندسين عمليات "تجميع" الأجهزة المبنية عليها. في الآونة الأخيرة، تم الحصول على النتائج الأولى - فريق من المطورين من جامعة كامبريدج في مارس حول البدء في الإنتاج . ويقول المهندسون إن الجهاز الجديد يمكنه تسريع تشغيل الأجهزة الإلكترونية بعشرة أضعاف.
ثاني أكسيد الهافنيوم وسيلينيد
يستخدم ثاني أكسيد الهافنيوم أيضًا في إنتاج الدوائر الدقيقة . يتم استخدامه لصنع طبقة عازلة على بوابة الترانزستور. لكن المهندسين يقترحون اليوم استخدامه لتحسين تشغيل ترانزستورات السيليكون.
/ صورة PD
في أوائل العام الماضي، علماء من جامعة ستانفورد أنه إذا تم إعادة تنظيم التركيب البلوري لثاني أكسيد الهافنيوم بطريقة خاصة، فإنه (المسؤول عن قدرة الوسط على نقل مجال كهربائي) سيزيد أكثر من أربع مرات. إذا كنت تستخدم مثل هذه المواد عند إنشاء بوابات الترانزستور، فيمكنك تقليل التأثير بشكل كبير .
وكذلك العلماء الأمريكان تقليل حجم الترانزستورات الحديثة باستخدام سيلينيدات الهافنيوم والزركونيوم. يمكن استخدامها كعازل فعال للترانزستورات بدلاً من أكسيد السيليكون. السيلينيدات لها سمك أصغر بكثير (ثلاث ذرات)، مع الحفاظ على فجوة شريطية جيدة. هذا مؤشر يحدد استهلاك الطاقة للترانزستور. لقد قام المهندسون بالفعل العديد من النماذج الأولية للأجهزة المعتمدة على سيلينيدات الهافنيوم والزركونيوم.
الآن يحتاج المهندسون إلى حل مشكلة توصيل هذه الترانزستورات - لتطوير جهات الاتصال الصغيرة المناسبة لهم. فقط بعد ذلك سيكون من الممكن الحديث عن الإنتاج الضخم.
ثاني كبريتيد الموليبدينوم
يعد كبريتيد الموليبدينوم في حد ذاته من أشباه الموصلات الرديئة إلى حد ما ، وهو أدنى من خصائص السيليكون. لكن مجموعة من علماء الفيزياء من جامعة نوتردام اكتشفت أن أغشية الموليبدينوم الرقيقة (بسمك ذرة واحدة) لها خصائص فريدة - فالترانزستورات المبنية عليها لا تمر بالتيار عند إيقاف تشغيلها وتتطلب القليل من الطاقة للتبديل. هذا يسمح لهم بالعمل عند الفولتية المنخفضة.
نموذج ترانزستور الموليبدينوم في المختبر. لورانس بيركلي في عام 2016. يبلغ عرض الجهاز نانومتر واحد فقط. يقول المهندسون إن مثل هذه الترانزستورات ستساعد في توسيع قانون مور.
أيضا الترانزستور ثاني كبريتيد الموليبدينوم في العام الماضي مهندسين من إحدى الجامعات الكورية الجنوبية. ومن المتوقع أن تجد هذه التكنولوجيا تطبيقًا في دوائر التحكم لشاشات OLED. ومع ذلك، لا يوجد حديث حتى الآن عن الإنتاج الضخم لهذه الترانزستورات.
وعلى الرغم من ذلك، قال باحثون من جامعة ستانفورد أنه يمكن إعادة بناء البنية التحتية الحديثة لإنتاج الترانزستورات لتعمل مع أجهزة “الموليبدينوم” بأقل التكاليف. ويبقى أن نرى ما إذا كان سيكون من الممكن تنفيذ مثل هذه المشاريع في المستقبل.
ما نكتب عنه في قناتنا على التليجرام:
المصدر: www.habr.com