Гаворым аб альтэрнатывах для крэмнію.
/ фота Unsplash
Закон Мура, заканамернасць Дэнарда і правіла Кумі губляюць актуальнасць. Адна з прычын - крамянёвыя транзістары набліжаюцца да сваёй тэхналагічнай мяжы. Гэтую тэму мы падрабязна разбіралі . Сёння гаворым аб матэрыялах, якія ў перспектыве могуць замяніць крэмній і падоўжыць дзеянне трох законаў, а значыць – павысіць эфектыўнасць працэсараў і выкарыстоўваюць іх вылічальных сістэм (у тым ліку сервераў у дата-цэнтрах).
Вугляродныя нанатрубкі
Вугляродныя нанатрубкі ўяўляюць сабой цыліндры, сценкі якіх складаюцца з аднаатамнага пласта вугляроду. Радыус атамаў вугляроду менш, чым у крэмнію, таму транзістары на базе нанатрубак маюць вялікую рухомасць электронаў і шчыльнасць току. У выніку ўзрастае хуткасць працы транзістара і змяншаецца яго энергаспажыванне. Па інжынераў з Вісконсінскага універсітэта ў Мадысан, прадукцыйнасць узрастае ў пяць разоў.
Факт, што вугляродныя нанатрубкі маюць лепшыя характарыстыкі, чым крэмній вядомы даўно - першыя такія транзістары з'явіліся . Але толькі нядаўна навукоўцам атрымалася абыйсці шэраг тэхналагічных абмежаванняў, каб стварыць дастаткова эфектыўную прыладу. Тры гады таму фізікі з ужо згаданага ўніверсітэта ў Вісконсіне прадставілі прататып транзістара на базе нанатрубак, які абышоў па характарыстыках сучасныя крамянёвыя прылады.
Адным з ужыванняў прылад на базе вугляродных нанатрубак завуць гнуткую электроніку. Але пакуль што тэхналогія не выйшла за межы лабараторыі і аб яе масавым укараненні размовы не ідзе.
Графенавыя нанастужкі
Яны ўяўляюць сабой вузкія палоскі шырынёй у некалькі дзясяткаў нанаметраў і адным з асноўных матэрыялаў для стварэння транзістараў будучыні. Галоўная ўласцівасць графенавай стужкі - магчымасць паскорыць ток, які праходзіць па ёй, з дапамогай магнітнага поля. Пры гэтым графен большай электраправоднасцю, чым крэмній.
Па , працэсары на аснове графенавых транзістараў змогуць працаваць на частотах блізкіх да тэрагерца У той час як частата працы сучасных чыпаў ўсталявалася ў межах 4-5 гігагерц.
Першыя прататыпы графенавых транзістараў . З таго часу інжынеры працэсы "зборкі" прылад на іх аснове. Зусім нядаўна былі атрыманы першыя вынікі - каманда распрацоўшчыкаў з Кембрыджскага універсітэта ў сакавіку аб запуску ў вытворчасць . Інжынеры кажуць, што новая прылада здольна паскорыць працу электронных дэвайсаў у дзесяць разоў.
Дыяксід і селенід гафнія
Дыяксід гафнія прымяняецца ў вытворчасці мікрасхем яшчэ . З яго робяць ізалявальны пласт на транзістарнай засаўцы. Але сёння інжынеры прапануюць аптымізаваць з яго дапамогай працу крамянёвых транзістараў.
/ фота PD
У пачатку мінулага года навукоўцы са Стэнфарда , Што калі асаблівым чынам рэарганізаваць крышталічную структуру дыяксіду гафнія, то яго (адказвае за здольнасць асяроддзя прапускаць электрычнае поле) узрасце больш, чым у чатыры разы. Калі выкарыстоўваць такі матэрыял пры стварэнні транзістарных засавак, можна значна зменшыць уплыў .
Таксама амерыканскія навукоўцы паменшыць памеры сучасных транзістараў з дапамогай селенідаў гафнія і цырконія. Іх можна выкарыстоўваць у якасці эфектыўнага ізалятара для транзістараў замест аксіду крэмнію. Селеніды маюць значна меншую таўшчыню (у тры атамы), захоўваючы добрую шырыню забароненай зоны. Гэта - паказчык, які вызначае энергаспажыванне транзістара. Інжынерам ужо некалькі працавальных прататыпаў прылад на аснове селенідов гафнія і цырконія.
Цяпер інжынерам неабходна вырашыць праблему са злучэннем такіх транзістараў - распрацаваць для іх адпаведныя кантакты невялікіх памераў. Толькі пасля гэтага можна будзе казаць аб масавай вытворчасці.
Дысульфід малібдэна
Сам па сабе сульфід малібдэна даволі дрэнны паўправаднік, які саступае па ўласцівасцях крэмнію. Але група фізікаў з універсітэта Нотр-Дам выявіла, што тонкія малібдэнавыя плёнкі (таўшчынёй у адзін атам) валодаюць унікальнымі якасцямі - транзістары на іх аснове не прапускаюць ток у выключаным стане і патрабуюць мала энергіі на пераключэнне. Гэта дазваляе ім працаваць пры нізкіх высілках.
Прататып малібдэнавага транзістара у лабараторыі ім. Лоўрэнса ў Берклі ў 2016 годзе. Шырыня прылады складае ўсяго адзін нанаметр. Інжынеры гавораць, што такія транзістары дапамогуць падоўжыць дзеянне закона Мура.
Таксама транзістар на аснове дысульфіду малібдэна ў мінулым годзе інжынеры з паўднёвакарэйскага ўніверсітэта. Чакаецца, што тэхналогія знойдзе ўжыванне ў кіравальных ланцугах OLED-дысплеяў. Аднак аб масавай вытворчасці падобных транзістараў пакуль казаць не даводзіцца.
Нягледзячы на гэта даследнікі са Стэнфарда , Што сучасную інфраструктуру па вытворчасці транзістараў можна з мінімальнымі выдаткамі перабудаваць на працу з «малібдэнавымі» прыладамі. Ці атрымаецца рэалізаваць такія праекты, трэба ўбачыць у будучым.
Пра што мы пішам у нашым Telegram-канале:
Крыніца: habr.com