Hovoříme o alternativách pro křemík.
/ foto Unsplash
Moorův zákon, Dennardův zákon a Coomeyho pravidlo ztrácejí na významu. Jedním z důvodů je, že křemíkové tranzistory se blíží svému technologickému limitu. Toto téma jsme podrobně probrali . Dnes se bavíme o materiálech, které mohou v budoucnu nahradit křemík a prodloužit platnost tří zákonů, což znamená zvýšení efektivity procesorů a výpočetních systémů, které je využívají (včetně serverů v datových centrech).
uhlíkové nanotrubice
Uhlíkové nanotrubice jsou válce, jejichž stěny se skládají z monatomické vrstvy uhlíku. Poloměr atomů uhlíku je menší než poloměr křemíku, takže tranzistory na bázi nanotrubiček mají vyšší pohyblivost elektronů a proudovou hustotu. V důsledku toho se zvyšuje pracovní rychlost tranzistoru a klesá jeho spotřeba. Podle inženýrů z University of Wisconsin-Madison se produktivita zvyšuje pětinásobně.
O tom, že uhlíkové nanotrubice mají lepší vlastnosti než křemík, se ví už dlouho – objevily se první takové tranzistory . Ale teprve nedávno se vědcům podařilo překonat řadu technologických omezení, aby vytvořili dostatečně účinné zařízení. Fyzici z již zmíněné Wisconsinské univerzity před třemi lety představili prototyp tranzistoru na bázi nanotrubiček, který předčil moderní křemíkové zařízení.
Jednou aplikací zařízení na bázi uhlíkových nanotrubic je flexibilní elektronika. Technologie ale zatím nepřesáhla rámec laboratoře a o její masové implementaci se nemluví.
Grafenové nanostuhy
Jsou to úzké proužky několik desítek nanometrů široké a jeden z hlavních materiálů pro vytváření tranzistorů budoucnosti. Hlavní vlastností grafenové pásky je schopnost urychlit proud, který jí prochází, pomocí magnetického pole. Zároveň grafen větší elektrická vodivost než křemík.
Na , budou procesory založené na grafenových tranzistorech schopny pracovat na frekvencích blízkých terahertzům. Zatímco pracovní frekvence moderních čipů je nastavena na 4–5 gigahertzů.
První prototypy grafenových tranzistorů . Od té doby inženýři procesy „skládání“ zařízení na nich založených. Velmi nedávno byly získány první výsledky - tým vývojářů z University of Cambridge v březnu o uvedení do výroby . Inženýři tvrdí, že nové zařízení může desetkrát zrychlit provoz elektronických zařízení.
Oxid hafničitý a selenid
Oxid hafničitý se také používá při výrobě mikroobvodů . Používá se k výrobě izolační vrstvy na hradle tranzistoru. Ale dnes inženýři navrhují jeho použití k optimalizaci provozu křemíkových tranzistorů.
/ foto PD
Začátkem loňského roku vědci ze Stanfordu , že pokud je krystalová struktura oxidu hafničitého reorganizována zvláštním způsobem, pak ano (zodpovědné za schopnost média přenášet elektrické pole) se zvýší více než čtyřikrát. Pokud použijete takový materiál při vytváření tranzistorových hradel, můžete výrazně snížit vliv .
Také američtí vědci snížit velikost moderních tranzistorů pomocí selenidů hafnia a zirkonia. Mohou být použity jako účinný izolátor pro tranzistory místo oxidu křemíku. Selenidy mají mnohem menší tloušťku (tři atomy) při zachování dobrého zakázaného pásu. Toto je indikátor, který určuje spotřebu energie tranzistoru. Inženýři už ano několik funkčních prototypů zařízení na bázi selenidů hafnia a zirkonia.
Nyní inženýři potřebují vyřešit problém připojení takových tranzistorů - vyvinout pro ně vhodné malé kontakty. Teprve poté bude možné mluvit o sériové výrobě.
Disulfid molybdeničitý
Samotný sulfid molybdenu je dosti špatný polovodič, který je svými vlastnostmi horší než křemík. Skupina fyziků z University of Notre Dame ale objevila, že tenké molybdenové filmy (tloušťka jednoho atomu) mají jedinečné vlastnosti – tranzistory založené na nich neprocházejí proudem, když jsou vypnuté a ke spínání vyžadují málo energie. To jim umožňuje pracovat při nízkém napětí.
Prototyp molybdenového tranzistoru v laboratoři. Lawrence Berkeley v roce 2016. Zařízení je široké pouze jeden nanometr. Inženýři říkají, že takové tranzistory pomohou rozšířit Mooreův zákon.
Minulý rok také tranzistor molybdeničitý inženýři z jihokorejské univerzity. Očekává se, že technologie najde uplatnění v řídicích obvodech OLED displejů. O hromadné výrobě takových tranzistorů se však zatím nemluví.
Navzdory tomu vědci ze Stanfordu že moderní infrastrukturu pro výrobu tranzistorů lze s minimálními náklady přebudovat tak, aby fungovala s „molybdenovými“ zařízeními. Zda bude možné takové projekty realizovat, se teprve uvidí.
O čem píšeme na našem kanálu Telegram:
Zdroj: www.habr.com