Говорим за алтернативи на силиция.
/ снимка Unsplash
Законът на Мур, законът на Денард и правилото на Куми губят значение. Една от причините е, че силициевите транзистори наближават техния технологичен лимит. Обсъдихме тази тема подробно . Днес говорим за материали, които в бъдеще могат да заменят силиция и да разширят валидността на трите закона, което означава повишаване на ефективността на процесорите и изчислителните системи, които ги използват (включително сървъри в центрове за данни).
Въглеродни нанотръби
Въглеродните нанотръби са цилиндри, чиито стени се състоят от моноатомен слой въглерод. Радиусът на въглеродните атоми е по-малък от този на силиция, така че базираните на нанотръби транзистори имат по-висока подвижност на електроните и плътност на тока. В резултат на това скоростта на работа на транзистора се увеличава и консумацията на енергия намалява. от инженери от Университета на Уисконсин-Медисън, производителността се увеличава пет пъти.
Фактът, че въглеродните нанотръби имат по-добри характеристики от силиция, е известен отдавна - появиха се първите такива транзистори . Но едва наскоро учените успяха да преодолеят редица технологични ограничения, за да създадат достатъчно ефективно устройство. Преди три години физици от вече споменатия университет в Уисконсин представиха прототип на транзистор на базата на нанотръби, който превъзхожда съвременните силициеви устройства.
Едно приложение на устройства, базирани на въглеродни нанотръби, е гъвкавата електроника. Но засега технологията не е надхвърлила лабораторията и не се говори за нейното масово внедряване.
Графенови наноленти
Те са тесни ленти няколко десетки нанометра широки и един от основните материали за създаване на транзистори на бъдещето. Основното свойство на графеновата лента е способността да ускорява протичащия през нея ток с помощта на магнитно поле. В същото време графен по-голяма електропроводимост от силиция.
На , процесорите, базирани на графенови транзистори, ще могат да работят на честоти, близки до терахерца. Докато работната честота на съвременните чипове е зададена на 4–5 гигахерца.
Първите прототипи на графенови транзистори . Оттогава инженери процеси на „сглобяване“ на устройства, базирани на тях. Съвсем наскоро бяха получени първите резултати - екип от разработчици от университета в Кеймбридж през март относно пускането в производство . Инженерите казват, че новото устройство може да ускори работата на електронните устройства десетократно.
Хафниев диоксид и селенид
Хафниевият диоксид се използва и при производството на микросхеми . Използва се за направата на изолационен слой върху транзисторна врата. Но днес инженерите предлагат да го използват за оптимизиране на работата на силициевите транзистори.
/ снимка PD
В началото на миналата година учени от Станфорд , че ако кристалната структура на хафниевия диоксид се реорганизира по специален начин, тогава тя (отговорен за способността на средата да предава електрическо поле) ще се увеличи повече от четири пъти. Ако използвате такъв материал, когато създавате транзисторни порти, можете значително да намалите влиянието .
Също и американски учени намаляване на размера на съвременните транзистори с помощта на хафниеви и циркониеви селениди. Те могат да се използват като ефективен изолатор за транзистори вместо силициев оксид. Селенидите имат значително по-малка дебелина (три атома), като същевременно поддържат добра ширина на лентата. Това е индикатор, който определя консумацията на енергия на транзистора. Инженерите вече са няколко работещи прототипа на устройства на базата на хафниеви и циркониеви селениди.
Сега инженерите трябва да решат проблема със свързването на такива транзистори - да разработят подходящи малки контакти за тях. Едва след това ще може да се говори за масово производство.
Молибденов дисулфид
Самият молибденов сулфид е доста лош полупроводник, който е по-нисък по свойства от силиция. Но група физици от университета Нотр Дам откриха, че тънките молибденови филми (с дебелина един атом) имат уникални свойства - базираните на тях транзистори не пропускат ток, когато са изключени и изискват малко енергия за превключване. Това им позволява да работят при ниско напрежение.
Прототип на молибденов транзистор в лабораторията. Лорънс Бъркли през 2016 г. Устройството е широко само един нанометър. Инженерите казват, че такива транзистори ще помогнат за разширяване на закона на Мур.
Също молибден дисулфиден транзистор миналата година инженери от южнокорейски университет. Очаква се технологията да намери приложение в схемите за управление на OLED дисплеи. Все още обаче не се говори за масово производство на такива транзистори.
Въпреки това изследователи от Станфорд че съвременната инфраструктура за производство на транзистори може да бъде преустроена за работа с „молибденови“ устройства с минимални разходи. Дали ще е възможно реализирането на такива проекти предстои да видим в бъдеще.
За какво пишем в нашия канал в Telegram:
Източник: www.habr.com