Wir sprechen über Alternativen für Silizium.
/ Foto Unsplash
Moores Gesetz, Dennards Gesetz und Coomeys Regel verlieren an Bedeutung. Ein Grund dafür ist, dass Siliziumtransistoren an ihre technologischen Grenzen stoßen. Wir haben dieses Thema ausführlich besprochen . Heute sprechen wir über Materialien, die in Zukunft Silizium ersetzen und die Gültigkeit der drei Gesetze verlängern können, was eine Steigerung der Effizienz von Prozessoren und den sie nutzenden Computersystemen (einschließlich Servern in Rechenzentren) bedeutet.
Kohlenstoff-Nanoröhren
Kohlenstoffnanoröhren sind Zylinder, deren Wände aus einer einatomigen Kohlenstoffschicht bestehen. Der Radius von Kohlenstoffatomen ist kleiner als der von Silizium, sodass Transistoren auf Nanoröhrenbasis eine höhere Elektronenmobilität und Stromdichte aufweisen. Dadurch erhöht sich die Betriebsgeschwindigkeit des Transistors und sein Stromverbrauch sinkt. Von Ingenieure der University of Wisconsin-Madison steigern die Produktivität um das Fünffache.
Dass Kohlenstoffnanoröhren bessere Eigenschaften als Silizium haben, ist seit langem bekannt – die ersten Transistoren dieser Art erschienen . Doch erst vor kurzem ist es Wissenschaftlern gelungen, eine Reihe technologischer Einschränkungen zu überwinden und ein ausreichend wirksames Gerät zu entwickeln. Vor drei Jahren präsentierten Physiker der bereits erwähnten University of Wisconsin einen Prototyp eines Transistors auf Nanoröhrenbasis, der moderne Siliziumbauelemente übertraf.
Eine Anwendung von Geräten auf Basis von Kohlenstoffnanoröhren ist die flexible Elektronik. Bisher ist die Technologie jedoch nicht über das Labor hinausgekommen und von einer Massenimplementierung ist keine Rede.
Graphen-Nanobänder
Es sind schmale Streifen mehrere zehn Nanometer breit und eines der Hauptmaterialien für die Herstellung von Transistoren der Zukunft. Die Haupteigenschaft von Graphenband ist die Fähigkeit, den durch es fließenden Strom mithilfe eines Magnetfelds zu beschleunigen. Gleichzeitig Graphen höhere elektrische Leitfähigkeit als Silizium.
Auf , Prozessoren auf Basis von Graphentransistoren werden in der Lage sein, bei Frequenzen nahe Terahertz zu arbeiten. Während die Betriebsfrequenz moderner Chips auf 4–5 Gigahertz festgelegt ist.
Die ersten Prototypen von Graphen-Transistoren . Seitdem Ingenieure Prozesse des „Zusammenbaus“ von darauf basierenden Geräten. Erst kürzlich liegen erste Ergebnisse vor – ein Entwicklerteam der Universität Cambridge im März über den Produktionsstart . Ingenieure sagen, dass das neue Gerät den Betrieb elektronischer Geräte um das Zehnfache beschleunigen kann.
Hafniumdioxid und Selenid
Hafniumdioxid wird auch bei der Herstellung von Mikroschaltungen verwendet . Es wird verwendet, um eine Isolierschicht auf einem Transistor-Gate herzustellen. Heute schlagen Ingenieure jedoch vor, damit den Betrieb von Siliziumtransistoren zu optimieren.
/ Foto PD
Anfang letzten Jahres haben Wissenschaftler aus Stanford , dass, wenn die Kristallstruktur von Hafniumdioxid auf besondere Weise neu organisiert wird, dann (verantwortlich für die Fähigkeit des Mediums, ein elektrisches Feld zu übertragen) wird sich um mehr als das Vierfache erhöhen. Wenn Sie ein solches Material bei der Herstellung von Transistorgattern verwenden, können Sie den Einfluss erheblich reduzieren .
Auch amerikanische Wissenschaftler Reduzieren Sie die Größe moderner Transistoren mithilfe von Hafnium- und Zirkoniumseleniden. Sie können anstelle von Siliziumoxid als wirksamer Isolator für Transistoren eingesetzt werden. Selenide haben eine deutlich geringere Dicke (drei Atome) und behalten gleichzeitig eine gute Bandlücke bei. Dies ist ein Indikator, der den Stromverbrauch des Transistors bestimmt. Ingenieure haben es bereits getan mehrere funktionierende Prototypen von Geräten auf Basis von Hafnium- und Zirkoniumseleniden.
Jetzt müssen Ingenieure das Problem der Verbindung solcher Transistoren lösen – indem sie entsprechende kleine Kontakte für sie entwickeln. Erst danach kann von Massenproduktion gesprochen werden.
Molybdändisulfid
Molybdänsulfid selbst ist ein eher schlechter Halbleiter, dessen Eigenschaften Silizium unterlegen sind. Aber eine Gruppe von Physikern der University of Notre Dame entdeckte, dass dünne Molybdänfilme (ein Atom dick) einzigartige Eigenschaften haben – darauf basierende Transistoren leiten im ausgeschalteten Zustand keinen Strom und benötigen zum Schalten wenig Energie. Dadurch können sie mit niedrigen Spannungen betrieben werden.
Prototyp eines Molybdäntransistors im Labor. Lawrence Berkeley im Jahr 2016. Das Gerät ist nur einen Nanometer breit. Ingenieure sagen, dass solche Transistoren dazu beitragen werden, das Mooresche Gesetz zu erweitern.
Letztes Jahr auch Molybdändisulfid-Transistor Ingenieure einer südkoreanischen Universität. Es wird erwartet, dass die Technologie in Steuerschaltungen von OLED-Displays Anwendung findet. Von einer Massenproduktion solcher Transistoren ist jedoch noch keine Rede.
Trotzdem haben Forscher aus Stanford dass die moderne Infrastruktur für die Herstellung von Transistoren mit minimalen Kosten so umgebaut werden kann, dass sie mit „Molybdän“-Geräten funktioniert. Ob sich solche Projekte umsetzen lassen, bleibt abzuwarten.
Worüber wir in unserem Telegram-Kanal schreiben:
Source: habr.com