Vi taler om alternativer til silicium.
/ Foto Unsplash
Moores lov, Dennards lov og Coomeys regel mister relevans. En grund er, at siliciumtransistorer nærmer sig deres teknologiske grænse. Vi diskuterede dette emne i detaljer . I dag taler vi om materialer, der i fremtiden kan erstatte silicium og forlænge gyldigheden af de tre love, hvilket betyder at øge effektiviteten af processorer og de computersystemer, der bruger dem (inklusive servere i datacentre).
Kulstof nanorør
Carbon nanorør er cylindre, hvis vægge består af et monoatomisk lag af kulstof. Kulstofatomernes radius er mindre end siliciums radius, så nanorørbaserede transistorer har højere elektronmobilitet og strømtæthed. Som et resultat stiger transistorens driftshastighed, og dens strømforbrug falder. Ved ingeniører fra University of Wisconsin-Madison, femdobles produktiviteten.
Det faktum, at kulstof nanorør har bedre egenskaber end silicium, har været kendt i lang tid - de første sådanne transistorer dukkede op . Men først for nylig har forskere formået at overvinde en række teknologiske begrænsninger for at skabe en tilstrækkelig effektiv enhed. For tre år siden præsenterede fysikere fra det allerede nævnte University of Wisconsin en prototype af en nanorør-baseret transistor, som udkonkurrerede moderne siliciumenheder.
En anvendelse af enheder baseret på kulstof nanorør er fleksibel elektronik. Men indtil videre er teknologien ikke gået ud over laboratoriet, og der er ingen tale om dens masseimplementering.
Grafen nanobånd
De er smalle strimler flere snese nanometer bred og et af hovedmaterialerne til at skabe fremtidens transistorer. Den vigtigste egenskab ved grafentape er evnen til at accelerere strømmen, der flyder gennem det ved hjælp af et magnetfelt. Samtidig grafen større elektrisk ledningsevne end silicium.
On , vil processorer baseret på grafentransistorer kunne fungere ved frekvenser tæt på terahertz. Mens driftsfrekvensen for moderne chips er indstillet til 4-5 gigahertz.
De første prototyper af grafentransistorer . Siden da ingeniører processer med at "samle" enheder baseret på dem. For ganske nylig blev de første resultater opnået - et team af udviklere fra University of Cambridge i marts om lancering i produktion . Ingeniører siger, at den nye enhed kan fremskynde driften af elektroniske enheder tidoblet.
Hafniumdioxid og selenid
Hafniumdioxid bruges også til fremstilling af mikrokredsløb . Det bruges til at lave et isolerende lag på en transistorport. Men i dag foreslår ingeniører at bruge det til at optimere driften af siliciumtransistorer.
/ Foto PD
Tidligt sidste år, forskere fra Stanford , at hvis krystalstrukturen af hafniumdioxid reorganiseres på en særlig måde, så (ansvarlig for mediets evne til at transmittere et elektrisk felt) vil stige mere end fire gange. Hvis du bruger et sådant materiale, når du opretter transistorporte, kan du reducere indflydelsen betydeligt .
Også amerikanske videnskabsmænd reducere størrelsen af moderne transistorer ved hjælp af hafnium og zirconium selenider. De kan bruges som en effektiv isolator til transistorer i stedet for siliciumoxid. Selenider har en væsentlig mindre tykkelse (tre atomer), mens de bevarer et godt båndgab. Dette er en indikator, der bestemmer transistorens strømforbrug. Ingeniører har allerede flere fungerende prototyper af enheder baseret på hafnium og zirconium selenider.
Nu skal ingeniører løse problemet med at forbinde sådanne transistorer - for at udvikle passende små kontakter til dem. Først herefter vil det være muligt at tale om masseproduktion.
Molybdændisulfid
Molybdænsulfid i sig selv er en ret dårlig halvleder, som er ringere i egenskaber end silicium. Men en gruppe fysikere fra University of Notre Dame opdagede, at tynde molybdænfilm (et atom tyk) har unikke egenskaber - transistorer baseret på dem sender ikke strøm, når de er slukket, og kræver lidt energi for at skifte. Dette giver dem mulighed for at arbejde ved lave spændinger.
Molybdæn transistor prototype i laboratoriet. Lawrence Berkeley i 2016. Enheden er kun en nanometer bred. Ingeniører siger, at sådanne transistorer vil hjælpe med at udvide Moores lov.
Også molybdændisulfid transistor sidste år ingeniører fra et sydkoreansk universitet. Teknologien forventes at finde anvendelse i kontrolkredsløb af OLED-skærme. Der er dog endnu ikke tale om masseproduktion af sådanne transistorer.
På trods af dette har forskere fra Stanford at moderne infrastruktur til produktion af transistorer kan ombygges til at fungere med "molybdæn"-enheder til minimale omkostninger. Hvorvidt det vil være muligt at gennemføre sådanne projekter, må vise sig i fremtiden.
Hvad vi skriver om i vores Telegram-kanal:
Kilde: www.habr.com