🥇 „Kršenje“ Mooreovog zakona: tranzistorske tehnologije budućnosti

Govorimo o alternativama za silicijum.

/ photo Laura Ockel Unsplash

Mooreov zakon, Dennardov zakon i Kumijevo pravilo gube na važnosti. Jedan od razloga je taj što se silicijumski tranzistori približavaju svojoj tehnološkoj granici. O ovoj temi smo detaljno razgovarali u prethodnom postu. Danas govorimo o materijalima koji u budućnosti mogu zamijeniti silicijum i produžiti važenje tri zakona, što znači povećanje efikasnosti procesora i računarskih sistema koji ih koriste (uključujući servere u data centrima).
 

Ugljične nanocijevi

Ugljične nanocijevi su cilindri čiji se zidovi sastoje od monoatomskog sloja ugljika. Radijus atoma ugljika je manji od polumjera silicijuma, tako da tranzistori na bazi nanocijevi imaju veću pokretljivost elektrona i gustoću struje. Kao rezultat, povećava se radna brzina tranzistora i smanjuje se njegova potrošnja energije. By prema inženjera sa Univerziteta Wisconsin-Madison, produktivnost se povećava pet puta.

Činjenica da ugljične nanocijevi imaju bolje karakteristike od silicijuma poznata je odavno - pojavili su se prvi takvi tranzistori prije više od 20 godine. Ali tek nedavno su naučnici uspjeli prevladati niz tehnoloških ograničenja kako bi stvorili dovoljno efikasan uređaj. Prije tri godine, fizičari sa već spomenutog Univerziteta u Wisconsinu predstavili su prototip tranzistora baziranog na nanocijevi, koji je nadmašio moderne silicijumske uređaje.

Jedna od primjena uređaja baziranih na ugljičnim nanocijevima je fleksibilna elektronika. Ali do sada tehnologija nije išla dalje od laboratorija i nema govora o njenoj masovnoj implementaciji.

Grafenske nanotrake

One su uske trake grafen nekoliko desetina nanometara široke i smatraju se jedan od glavnih materijala za stvaranje tranzistora budućnosti. Glavno svojstvo grafenske trake je sposobnost da ubrza struju koja teče kroz nju pomoću magnetnog polja. Istovremeno, grafen ima 250 puta veća električna provodljivost od silicijuma.

By neke podatke, procesori bazirani na grafenskim tranzistorima će moći da rade na frekvencijama blizu teraherca. Dok je radna frekvencija modernih čipova postavljena na 4-5 gigaherca.

Prvi prototipovi grafenskih tranzistora pojavio prije deset godina. Od tada inženjeri pokušavaju optimizirati procesi “sastavljanja” uređaja na osnovu njih. Nedavno su dobijeni prvi rezultati - tim programera sa Univerziteta Kembridž u martu najavljeno o puštanju u proizvodnju prvi grafenski čipovi. Inženjeri kažu da novi uređaj može desetostruko ubrzati rad elektronskih uređaja.

Hafnijev dioksid i selenid

Hafnijev dioksid se također koristi u proizvodnji mikro kola od 2007 godine. Koristi se za pravljenje izolacionog sloja na kapiji tranzistora. Ali danas inženjeri predlažu da ga koriste za optimizaciju rada silikonskih tranzistora.

/ photo Fritzchen Fritz PD

Početkom prošle godine naučnici sa Stanforda otkrio, da ako se kristalna struktura hafnijev dioksida reorganizira na poseban način, onda je električna konstanta (odgovoran za sposobnost medija da prenosi električno polje) će se povećati više od četiri puta. Ako koristite takav materijal pri stvaranju tranzistorskih vrata, možete značajno smanjiti utjecaj efekat tunela.

Takođe američki naučnici našao način smanjiti veličinu modernih tranzistora koristeći hafnij i cirkonijum selenide. Mogu se koristiti kao efikasan izolator za tranzistore umjesto silicijum oksida. Selenidi imaju znatno manju debljinu (tri atoma), dok održavaju dobar pojas. Ovo je indikator koji određuje potrošnju energije tranzistora. Inženjeri su već uspeo da stvori nekoliko radnih prototipova uređaja na bazi hafnija i cirkonijum selenida.

Sada inženjeri moraju riješiti problem povezivanja takvih tranzistora - razviti odgovarajuće male kontakte za njih. Tek nakon toga će se moći govoriti o masovnoj proizvodnji.

Molibden disulfid

Sam molibden sulfid je prilično loš poluprovodnik, koji je inferioran u svojstvima silicijumu. Ali grupa fizičara sa Univerziteta Notre Dame otkrila je da tanki filmovi molibdena (debljine jedan atom) imaju jedinstvena svojstva - tranzistori na njima ne propuštaju struju kada se isključe i zahtijevaju malo energije za prebacivanje. To im omogućava rad na niskim naponima.

Prototip molibdenskog tranzistora su se razvile u laboratoriji. Lorens Berkli 2016. Uređaj je širok samo jedan nanometar. Inženjeri kažu da će takvi tranzistori pomoći da se proširi Mooreov zakon.

Također tranzistor molibden disulfida prošle godine predstavljen inženjeri sa južnokorejskog univerziteta. Očekuje se da će tehnologija naći primenu u kontrolnim krugovima OLED displeja. Međutim, još nema govora o masovnoj proizvodnji ovakvih tranzistora.

Uprkos tome, istraživači sa Stanforda tvrdeda se moderna infrastruktura za proizvodnju tranzistora može ponovo izgraditi za rad sa "molibdenskim" uređajima uz minimalne troškove. Da li će biti moguće realizovati ovakve projekte, ostaje da se vidi u budućnosti.

O čemu pišemo na našem Telegram kanalu: