Μιλάμε για εναλλακτικές λύσεις για το πυρίτιο.
/ φωτογραφία Unsplash
Ο νόμος του Moore, ο νόμος του Dennard και ο κανόνας του Coomey χάνουν τη σημασία τους. Ένας λόγος είναι ότι τα τρανζίστορ πυριτίου πλησιάζουν το τεχνολογικό τους όριο. Συζητήσαμε λεπτομερώς αυτό το θέμα . Σήμερα μιλάμε για υλικά που στο μέλλον μπορούν να αντικαταστήσουν το πυρίτιο και να επεκτείνουν την ισχύ των τριών νόμων, πράγμα που σημαίνει αύξηση της αποτελεσματικότητας των επεξεργαστών και των υπολογιστικών συστημάτων που τους χρησιμοποιούν (συμπεριλαμβανομένων των διακομιστών σε κέντρα δεδομένων).
Νανοσωλήνες άνθρακα
Οι νανοσωλήνες άνθρακα είναι κύλινδροι των οποίων τα τοιχώματα αποτελούνται από ένα μονοατομικό στρώμα άνθρακα. Η ακτίνα των ατόμων άνθρακα είναι μικρότερη από αυτή του πυριτίου, επομένως τα τρανζίστορ που βασίζονται σε νανοσωλήνες έχουν υψηλότερη κινητικότητα ηλεκτρονίων και πυκνότητα ρεύματος. Ως αποτέλεσμα, η ταχύτητα λειτουργίας του τρανζίστορ αυξάνεται και η κατανάλωση ενέργειας μειώνεται. Με μηχανικοί από το Πανεπιστήμιο του Wisconsin-Madison, η παραγωγικότητα πενταπλασιάζεται.
Το γεγονός ότι οι νανοσωλήνες άνθρακα έχουν καλύτερα χαρακτηριστικά από το πυρίτιο είναι γνωστό εδώ και πολύ καιρό - εμφανίστηκαν τα πρώτα τέτοια τρανζίστορ . Αλλά μόνο πρόσφατα οι επιστήμονες κατάφεραν να ξεπεράσουν μια σειρά από τεχνολογικούς περιορισμούς προκειμένου να δημιουργήσουν μια αρκετά αποτελεσματική συσκευή. Πριν από τρία χρόνια, φυσικοί από το ήδη αναφερθέν Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν παρουσίασαν ένα πρωτότυπο ενός τρανζίστορ βασισμένου σε νανοσωλήνες, το οποίο ξεπέρασε τις σύγχρονες συσκευές πυριτίου.
Μια εφαρμογή συσκευών που βασίζονται σε νανοσωλήνες άνθρακα είναι τα ευέλικτα ηλεκτρονικά. Όμως μέχρι στιγμής η τεχνολογία δεν έχει ξεπεράσει το εργαστήριο και δεν γίνεται λόγος για μαζική εφαρμογή της.
Νανοκορδέλες γραφενίου
Είναι στενές λωρίδες πλάτους πολλών δεκάδων νανόμετρων και ένα από τα κύρια υλικά για τη δημιουργία τρανζίστορ του μέλλοντος. Η κύρια ιδιότητα της ταινίας γραφενίου είναι η ικανότητα να επιταχύνει το ρεύμα που τη διαρρέει χρησιμοποιώντας μαγνητικό πεδίο. Ταυτόχρονα, το γραφένιο μεγαλύτερη ηλεκτρική αγωγιμότητα από το πυρίτιο.
Επί , οι επεξεργαστές που βασίζονται σε τρανζίστορ γραφενίου θα μπορούν να λειτουργούν σε συχνότητες κοντά στα terahertz. Ενώ η συχνότητα λειτουργίας των σύγχρονων τσιπ ορίζεται στα 4–5 gigahertz.
Τα πρώτα πρωτότυπα τρανζίστορ γραφενίου . Από τότε μηχανικοί διαδικασίες «συναρμολόγησης» συσκευών που βασίζονται σε αυτές. Πολύ πρόσφατα, ελήφθησαν τα πρώτα αποτελέσματα - μια ομάδα προγραμματιστών από το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ τον Μάρτιο σχετικά με την έναρξη της παραγωγής . Οι μηχανικοί λένε ότι η νέα συσκευή μπορεί να δεκαπλασιάσει τη λειτουργία των ηλεκτρονικών συσκευών.
Διοξείδιο του αφνίου και σεληνίδιο
Το διοξείδιο του αφνίου χρησιμοποιείται επίσης στην παραγωγή μικροκυκλωμάτων . Χρησιμοποιείται για την κατασκευή μονωτικού στρώματος σε πύλη τρανζίστορ. Αλλά σήμερα οι μηχανικοί προτείνουν τη χρήση του για τη βελτιστοποίηση της λειτουργίας των τρανζίστορ πυριτίου.
/ φωτογραφία PD
Στις αρχές του περασμένου έτους, επιστήμονες από το Στάνφορντ , ότι αν η κρυσταλλική δομή του διοξειδίου του αφνίου αναδιοργανωθεί με ειδικό τρόπο, τότε (υπεύθυνος για την ικανότητα του μέσου να μεταδίδει ηλεκτρικό πεδίο) θα αυξηθεί περισσότερο από τέσσερις φορές. Εάν χρησιμοποιείτε ένα τέτοιο υλικό όταν δημιουργείτε πύλες τρανζίστορ, μπορείτε να μειώσετε σημαντικά την επιρροή .
Επίσης Αμερικανοί επιστήμονες μειώστε το μέγεθος των σύγχρονων τρανζίστορ χρησιμοποιώντας σεληνίδια αφνίου και ζιρκονίου. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αποτελεσματικός μονωτήρας για τρανζίστορ αντί για οξείδιο του πυριτίου. Τα σεληνίδια έχουν πολύ μικρότερο πάχος (τρία άτομα) ενώ διατηρούν ένα καλό διάκενο ζώνης. Αυτός είναι ένας δείκτης που καθορίζει την κατανάλωση ισχύος του τρανζίστορ. Οι μηχανικοί έχουν ήδη αρκετά λειτουργικά πρωτότυπα συσκευών που βασίζονται σε σεληνίδια αφνίου και ζιρκονίου.
Τώρα οι μηχανικοί πρέπει να λύσουν το πρόβλημα της σύνδεσης τέτοιων τρανζίστορ - να αναπτύξουν κατάλληλες μικρές επαφές για αυτά. Μόνο μετά από αυτό θα μπορούμε να μιλάμε για μαζική παραγωγή.
Δισουλφίδιο του μολυβδαινίου
Το ίδιο το θειούχο μολυβδαίνιο είναι ένας μάλλον φτωχός ημιαγωγός, ο οποίος είναι κατώτερος σε ιδιότητες από το πυρίτιο. Αλλά μια ομάδα φυσικών από το Πανεπιστήμιο της Notre Dame ανακάλυψε ότι οι λεπτές μεμβράνες μολυβδαινίου (πάχους ενός ατόμου) έχουν μοναδικές ιδιότητες - τα τρανζίστορ που βασίζονται σε αυτά δεν περνούν ρεύμα όταν είναι απενεργοποιημένα και απαιτούν λίγη ενέργεια για την εναλλαγή. Αυτό τους επιτρέπει να λειτουργούν σε χαμηλές τάσεις.
Πρωτότυπο τρανζίστορ μολυβδαινίου στο εργαστήριο. Lawrence Berkeley το 2016. Η συσκευή έχει πλάτος μόνο ένα νανόμετρο. Οι μηχανικοί λένε ότι τέτοια τρανζίστορ θα βοηθήσουν στην επέκταση του νόμου του Μουρ.
Επίσης τρανζίστορ δισουλφιδίου μολυβδαινίου πέρυσι μηχανικοί από πανεπιστήμιο της Νότιας Κορέας. Η τεχνολογία αναμένεται να βρει εφαρμογή σε κυκλώματα ελέγχου οθονών OLED. Ωστόσο, δεν γίνεται ακόμη λόγος για μαζική παραγωγή τέτοιων τρανζίστορ.
Παρόλα αυτά, ερευνητές από το Στάνφορντ ότι η σύγχρονη υποδομή για την παραγωγή τρανζίστορ μπορεί να ανακατασκευαστεί για να λειτουργεί με συσκευές «μολυβδαινίου» με ελάχιστο κόστος. Το αν θα είναι δυνατή η υλοποίηση τέτοιων έργων μένει να φανεί στο μέλλον.
Τι γράφουμε στο κανάλι μας στο Telegram:
Πηγή: www.habr.com