Räägime räni alternatiividest.
/ foto Unsplash
Moore'i seadus, Dennardi seadus ja Coomey reegel on kaotamas oma tähtsust. Üks põhjus on see, et ränitransistorid on lähenemas oma tehnoloogilisele piirile. Arutasime seda teemat üksikasjalikult . Täna räägime materjalidest, mis võivad tulevikus asendada räni ja pikendada kolme seaduse kehtivust, mis tähendab protsessorite ja neid kasutavate arvutussüsteemide (sh andmekeskuste serverite) efektiivsuse tõstmist.
Süsinik-nanotorud
Süsiniknanotorud on silindrid, mille seinad koosnevad üheaatomilisest süsinikukihist. Süsinikuaatomite raadius on väiksem kui ränil, seega on nanotorupõhistel transistoridel suurem elektronide liikuvus ja voolutihedus. Selle tulemusena suureneb transistori töökiirus ja väheneb selle energiatarve. Kõrval Wisconsini-Madisoni ülikooli inseneride tööviljakus kasvab viis korda.
Asjaolu, et süsiniknanotorudel on paremad omadused kui ränil, on teada juba pikka aega – ilmusid esimesed sellised transistorid . Kuid alles hiljuti on teadlastel õnnestunud ületada mitmeid tehnoloogilisi piiranguid, et luua piisavalt tõhus seade. Kolm aastat tagasi esitlesid juba mainitud Wisconsini ülikooli füüsikud nanotorupõhise transistori prototüüpi, mis edestas tänapäevaseid räniseadmeid.
Süsiniknanotorudel põhinevate seadmete üheks rakenduseks on paindlik elektroonika. Kuid siiani pole tehnoloogia laborist kaugemale jõudnud ja selle massilisest rakendamisest pole juttugi.
Grafeeni nanoribad
Need on kitsad ribad mitmekümne nanomeetri laiune ja üks peamisi materjale tulevikutransistoride loomiseks. Grafeenlindi peamine omadus on võime magnetvälja abil kiirendada seda läbivat voolu. Samal ajal grafeen suurem elektrijuhtivus kui ränil.
Edasi , saavad grafeenitransistoridel põhinevad protsessorid töötada terahertsi lähedasel sagedusel. Kaasaegsete kiipide töösagedus on seatud 4–5 gigahertsi peale.
Grafeentransistoride esimesed prototüübid . Sellest ajast peale insenerid nendel põhinevate seadmete “kokkupanemise” protsessid. Üsna hiljuti saadi esimesed tulemused – Cambridge’i ülikooli arendajate meeskond märtsis tootmisse käivitamise kohta . Inseneride sõnul võib uus seade elektroonikaseadmete tööd kümnekordistada.
Hafniumdioksiid ja seleniid
Hafniumdioksiidi kasutatakse ka mikroskeemide tootmisel . Seda kasutatakse isolatsioonikihi valmistamiseks transistorväravale. Kuid täna teevad insenerid ettepaneku kasutada seda ränitransistoride töö optimeerimiseks.
/ foto PD
Eelmise aasta alguses Stanfordi teadlased , et kui hafniumdioksiidi kristallstruktuur erilisel viisil ümber korraldada, siis see (vastutab keskkonna võime eest edastada elektrivälja) suureneb rohkem kui neli korda. Kui kasutate sellist materjali transistorvärava loomisel, saate mõju oluliselt vähendada .
Samuti Ameerika teadlased vähendada kaasaegsete transistoride suurust, kasutades hafnium- ja tsirkooniumseleniidi. Neid saab kasutada transistoride tõhusa isolaatorina ränioksiidi asemel. Seleniidid on oluliselt väiksema paksusega (kolm aatomit), säilitades samas hea ribavahe. See on indikaator, mis määrab transistori energiatarbimise. Insenerid on seda juba teinud mitu töötavat hafnium- ja tsirkooniumseleniididel põhinevat seadmete prototüüpi.
Nüüd peavad insenerid lahendama selliste transistoride ühendamise probleemi - töötama välja neile sobivad väikesed kontaktid. Alles pärast seda saab rääkida masstootmisest.
Molübdeendisulfiid
Molübdeensulfiid ise on üsna kehv pooljuht, mis on omadustelt halvem kui räni. Aga rühm Notre Dame’i ülikooli füüsikuid avastas, et õhukestel molübdeenkiledel (ühe aatomi paksusega) on ainulaadsed omadused – nendel põhinevad transistorid ei lase väljalülitatuna voolu läbi ja vajavad ümberlülitumiseks vähe energiat. See võimaldab neil töötada madalal pingel.
Molübdeentransistori prototüüp laboris. Lawrence Berkeley 2016. aastal. Seadme laius on vaid üks nanomeeter. Inseneride sõnul aitavad sellised transistorid Moore'i seadust laiendada.
Eelmisel aastal ka molübdeendisulfiidtransistor Lõuna-Korea ülikooli insenerid. Eeldatakse, et tehnoloogia leiab rakendust OLED-ekraanide juhtimisahelates. Selliste transistoride masstootmisest aga veel ei räägita.
Sellest hoolimata Stanfordi teadlased et kaasaegset transistoride tootmise infrastruktuuri saab minimaalsete kuludega ümber ehitada nii, et see töötaks "molübdeen" seadmetega. Kas selliseid projekte on võimalik ellu viia, selgub tulevikus.
Millest me oma Telegrami kanalis kirjutame:
Allikas: www.habr.com