Wir diskutieren alternative Ansätze zur Entwicklung von Halbleiterprodukten.
/ Foto Unsplash
Letztes Mal über Materialien, die Silizium bei der Herstellung von Transistoren ersetzen und deren Fähigkeiten erweitern können. Heute diskutieren wir alternative Ansätze zur Entwicklung von Halbleiterprodukten und deren Einsatz in Rechenzentren.
Piezoelektrische Transistoren
Solche Geräte verfügen in ihrem Aufbau über piezoelektrische und piezoresistive Komponenten. Der erste wandelt elektrische Impulse in Schallimpulse um. Der zweite absorbiert diese Schallwellen, komprimiert und öffnet oder schließt dementsprechend den Transistor. Samariumselenid () - je nach Druck entweder als Halbleiter (hoher Widerstand) oder als Metall.
IBM war einer der ersten, der das Konzept eines piezoelektrischen Transistors einführte. Die Ingenieure des Unternehmens sind an Entwicklungen in diesem Bereich beteiligt . Auch ihre Kollegen vom britischen National Physical Laboratory, der University of Edinburgh und Auburn arbeiten in diese Richtung.
Ein piezoelektrischer Transistor verbraucht deutlich weniger Energie als Siliziumgeräte. Technologie zuerst in kleinen Geräten, von denen sich die Wärme nur schwer ableiten lässt – Smartphones, Funkgeräte, Radargeräte.
Piezoelektrische Transistoren können auch in Serverprozessoren für Rechenzentren Anwendung finden. Die Technologie wird die Energieeffizienz der Hardware steigern und die Kosten der Rechenzentrumsbetreiber für die IT-Infrastruktur senken.
Tunneltransistoren
Eine der größten Herausforderungen für Hersteller von Halbleiterbauelementen besteht darin, Transistoren zu entwickeln, die bei niedrigen Spannungen geschaltet werden können. Tunneltransistoren können dieses Problem lösen. Solche Geräte werden mit gesteuert .
Wenn also eine externe Spannung angelegt wird, schaltet der Transistor schneller, da die Wahrscheinlichkeit größer ist, dass Elektronen die dielektrische Barriere überwinden. Dadurch benötigt das Gerät zum Betrieb ein Vielfaches weniger Spannung.
Wissenschaftler des MIPT und der japanischen Tohoku-Universität entwickeln Tunneltransistoren. Sie verwendeten dazu doppellagiges Graphen ein Gerät, das 10–100 Mal schneller arbeitet als seine Silizium-Gegenstücke. Laut Ingenieuren ihre Technologie Entwerfen Sie Prozessoren, die zwanzigmal produktiver sind als moderne Flaggschiffmodelle.
/ Foto PD
Zu verschiedenen Zeiten wurden Prototypen von Tunneltransistoren aus verschiedenen Materialien realisiert – neben Graphen auch и . Allerdings hat die Technologie die Wände der Labore noch nicht verlassen und von einer Großserienfertigung darauf basierender Geräte ist keine Rede.
Spin-Transistoren
Ihre Arbeit basiert auf der Bewegung von Elektronenspins. Die Spins bewegen sich mit Hilfe eines äußeren Magnetfeldes, das sie in eine Richtung ordnet und einen Spinstrom bildet. Mit diesem Strom betriebene Geräte verbrauchen hundertmal weniger Energie als Siliziumtransistoren und Mit einer Geschwindigkeit von einer Milliarde Mal pro Sekunde.
Der Hauptvorteil von Spin-Geräten ihre Vielseitigkeit. Sie vereinen die Funktionen eines Informationsspeichergeräts, eines Detektors zum Auslesen und eines Schalters zur Übertragung an andere Elemente des Chips.
Gilt als Pionier des Konzepts eines Spintransistors Ingenieure Supriyo Datta und Biswajit Das im Jahr 1990. Seitdem haben große IT-Unternehmen die Entwicklung in diesem Bereich aufgenommen, . Allerdings wie Laut Ingenieuren sind Spintransistoren noch weit davon entfernt, in Verbraucherprodukten Einzug zu halten.
Metall-Luft-Transistoren
Im Kern erinnern die Funktionsprinzipien und der Aufbau eines Metall-Luft-Transistors an Transistoren . Mit einigen Ausnahmen: Drain und Source des neuen Transistors sind Metallelektroden. Der Verschluss des Geräts befindet sich darunter und ist mit einer Oxidschicht isoliert.
Drain und Source sind in einem Abstand von dreißig Nanometern voneinander angeordnet, sodass Elektronen ungehindert durch den Luftraum strömen können. Der Austausch geladener Teilchen erfolgt durch .
Entwicklung von Metall-Luft-Transistoren ein Team der University of Melbourne – RMIT. Ingenieure sagen, dass die Technologie dem Mooreschen Gesetz „neues Leben einhauchen“ und es ermöglichen wird, ganze 3D-Netzwerke aus Transistoren aufzubauen. Chiphersteller werden in der Lage sein, auf die endlose Reduzierung technologischer Prozesse zu verzichten und mit der Entwicklung kompakter 3D-Architekturen zu beginnen.
Nach Angaben der Entwickler wird die Betriebsfrequenz des neuen Transistortyps Hunderte von Gigahertz überschreiten. Die Freigabe der Technologie für die breite Masse wird die Fähigkeiten von Computersystemen erweitern und die Leistung von Servern in Rechenzentren steigern.
Das Team ist nun auf der Suche nach Investoren, um seine Forschung fortzusetzen und technologische Schwierigkeiten zu lösen. Die Drain- und Source-Elektroden schmelzen unter dem Einfluss des elektrischen Feldes – dies verringert die Leistung des Transistors. Sie planen, den Mangel in den nächsten Jahren zu beheben. Danach beginnen die Ingenieure mit den Vorbereitungen für die Markteinführung des Produkts.
Worüber wir sonst noch in unserem Unternehmensblog schreiben:
Source: habr.com