Estamos hablando de alternativas al silicio.
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La Ley de Moore, la Ley de Dennard y la Regla de Coomey están perdiendo relevancia. Una razón es que los transistores de silicio se están acercando a su límite tecnológico. Discutimos este tema en detalle. . Hoy hablamos de materiales que en el futuro podrán sustituir al silicio y ampliar la vigencia de las tres leyes, lo que supone aumentar la eficiencia de los procesadores y de los sistemas informáticos que los utilizan (incluidos los servidores en los centros de datos).
Nanotubos de carbon
Los nanotubos de carbono son cilindros cuyas paredes están formadas por una capa monoatómica de carbono. El radio de los átomos de carbono es menor que el del silicio, por lo que los transistores basados en nanotubos tienen mayor movilidad de electrones y densidad de corriente. Como resultado, la velocidad de funcionamiento del transistor aumenta y su consumo de energía disminuye. Por Según ingenieros de la Universidad de Wisconsin-Madison, la productividad se quintuplica.
El hecho de que los nanotubos de carbono tienen mejores características que el silicio se sabe desde hace mucho tiempo: aparecieron los primeros transistores de este tipo. . Pero sólo recientemente los científicos han logrado superar una serie de limitaciones tecnológicas para crear un dispositivo suficientemente eficaz. Hace tres años, físicos de la ya mencionada Universidad de Wisconsin presentaron un prototipo de transistor basado en nanotubos, que superó en rendimiento a los dispositivos modernos de silicio.
Una aplicación de los dispositivos basados en nanotubos de carbono es la electrónica flexible. Pero hasta ahora la tecnología no ha ido más allá del laboratorio y no se habla de su implementación masiva.
Nanocintas de grafeno
son tiras estrechas varias decenas de nanómetros de ancho y uno de los principales materiales para la creación de transistores del futuro. La principal propiedad de la cinta de grafeno es la capacidad de acelerar la corriente que la atraviesa mediante un campo magnético. Al mismo tiempo, el grafeno mayor conductividad eléctrica que el silicio.
En , los procesadores basados en transistores de grafeno podrán funcionar a frecuencias cercanas a los terahercios. Mientras que la frecuencia de funcionamiento de los chips modernos se fija en 4-5 gigahercios.
Los primeros prototipos de transistores de grafeno. . Desde entonces los ingenieros procesos de “ensamblaje” de dispositivos basados en ellos. Recientemente se obtuvieron los primeros resultados: un equipo de desarrolladores de la Universidad de Cambridge en marzo sobre el lanzamiento a producción . Los ingenieros afirman que el nuevo dispositivo puede multiplicar por diez el funcionamiento de los dispositivos electrónicos.
Dióxido de hafnio y seleniuro
El dióxido de hafnio también se utiliza en la producción de microcircuitos. . Se utiliza para formar una capa aislante en la puerta de un transistor. Pero hoy los ingenieros proponen utilizarlo para optimizar el funcionamiento de los transistores de silicio.
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A principios del año pasado, científicos de Stanford , que si la estructura cristalina del dióxido de hafnio se reorganiza de una manera especial, entonces (responsable de la capacidad del medio para transmitir un campo eléctrico) aumentará más de cuatro veces. Si utiliza dicho material al crear puertas de transistores, puede reducir significativamente la influencia .
También los científicos americanos Reducir el tamaño de los transistores modernos utilizando seleniuros de hafnio y circonio. Se pueden utilizar como aislante eficaz para transistores en lugar de óxido de silicio. Los seleniuros tienen un espesor mucho menor (tres átomos) y mantienen una buena banda prohibida. Este es un indicador que determina el consumo de energía del transistor. Los ingenieros ya varios prototipos funcionales de dispositivos basados en seleniuros de hafnio y circonio.
Ahora los ingenieros necesitan resolver el problema de conectar tales transistores: desarrollar pequeños contactos adecuados para ellos. Sólo después de esto será posible hablar de producción en masa.
disulfuro de molibdeno
El sulfuro de molibdeno en sí es un semiconductor bastante pobre, cuyas propiedades son inferiores a las del silicio. Pero un grupo de físicos de la Universidad de Notre Dame descubrió que las películas delgadas de molibdeno (de un átomo de espesor) tienen propiedades únicas: los transistores basados en ellas no pasan corriente cuando están apagados y requieren poca energía para encenderse. Esto les permite operar a bajos voltajes.
Prototipo de transistor de molibdeno en el laboratorio. Lawrence Berkeley en 2016. El dispositivo tiene sólo un nanómetro de ancho. Los ingenieros dicen que estos transistores ayudarán a ampliar la ley de Moore.
También el transistor de disulfuro de molibdeno el año pasado. ingenieros de una universidad de Corea del Sur. Se espera que la tecnología encuentre aplicación en circuitos de control de pantallas OLED. Sin embargo, todavía no se habla de la producción en masa de tales transistores.
A pesar de esto, investigadores de Stanford que la infraestructura moderna para la producción de transistores pueda reconstruirse para que funcione con dispositivos de “molibdeno” a un costo mínimo. Queda por ver en el futuro si será posible implementar tales proyectos.
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Fuente: habr.com