ما در مورد جایگزین های سیلیکون صحبت می کنیم.
/ عکس می Unsplash
قانون مور، قانون دنارد و قانون کومی در حال از دست دادن ارتباط هستند. یکی از دلایل این است که ترانزیستورهای سیلیکونی در حال نزدیک شدن به محدودیت های فنی خود هستند. این موضوع را به تفصیل مورد بحث قرار دادیم . امروز ما در مورد موادی صحبت می کنیم که در آینده می توانند جایگزین سیلیکون شوند و اعتبار سه قانون را افزایش دهند که به معنای افزایش کارایی پردازنده ها و سیستم های محاسباتی استفاده کننده از آنها (از جمله سرورها در مراکز داده) است.
نانولوله های کربنی
نانولوله‌های کربنی استوانه‌هایی هستند که دیواره‌های آن از یک لایه تک اتمی کربن تشکیل شده است. شعاع اتم های کربن کمتر از سیلیکون است، بنابراین ترانزیستورهای مبتنی بر نانولوله تحرک الکترون و چگالی جریان بالاتری دارند. در نتیجه سرعت کار ترانزیستور افزایش یافته و مصرف برق آن کاهش می یابد. توسط مهندسان دانشگاه ویسکانسین مدیسون، بهره وری پنج برابر افزایش می یابد.
این واقعیت که نانولوله های کربنی ویژگی های بهتری نسبت به سیلیکون دارند مدت هاست که شناخته شده است - اولین ترانزیستورهایی ظاهر شدند. . اما اخیراً دانشمندان توانسته‌اند بر تعدادی از محدودیت‌های تکنولوژیکی غلبه کنند تا دستگاهی به اندازه کافی مؤثر ایجاد کنند. سه سال پیش، فیزیکدانان از دانشگاه ویسکانسین که قبلاً ذکر شد، نمونه اولیه یک ترانزیستور مبتنی بر نانولوله را ارائه کردند که عملکرد بهتری از دستگاه‌های سیلیکونی مدرن داشت.
یکی از کاربردهای دستگاه های مبتنی بر نانولوله های کربنی، الکترونیک انعطاف پذیر است. اما تاکنون این فناوری از آزمایشگاه فراتر نرفته و صحبتی از اجرای انبوه آن نشده است.
نانو نوارهای گرافنی
آنها نوارهای باریک هستند عرض چند ده نانومتر و یکی از مواد اصلی برای ایجاد ترانزیستورهای آینده. ویژگی اصلی نوار گرافن توانایی تسریع جریان عبوری از آن با استفاده از میدان مغناطیسی است. در عین حال گرافن رسانایی الکتریکی بیشتر از سیلیکون
بر پردازنده های مبتنی بر ترانزیستورهای گرافن قادر خواهند بود در فرکانس های نزدیک به تراهرتز کار کنند. در حالی که فرکانس کاری تراشه های مدرن 4-5 گیگاهرتز تنظیم شده است.
اولین نمونه های اولیه ترانزیستورهای گرافن . از آن زمان مهندسان فرآیندهای "مونتاژ" دستگاه ها بر اساس آنها. اخیراً اولین نتایج بدست آمده است - تیمی از توسعه دهندگان از دانشگاه کمبریج در ماه مارس در مورد راه اندازی به تولید . مهندسان می گویند که دستگاه جدید می تواند سرعت عملکرد دستگاه های الکترونیکی را ده برابر کند.
دی اکسید هافنیوم و سلنید
از دی اکسید هافنیوم نیز در تولید ریز مدارها استفاده می شود . برای ساخت یک لایه عایق روی دروازه ترانزیستور استفاده می شود. اما امروزه مهندسان استفاده از آن را برای بهینه سازی عملکرد ترانزیستورهای سیلیکونی پیشنهاد می کنند.
/ عکس PD
در اوایل سال گذشته، دانشمندان از استانفورد که اگر ساختار کریستالی دی اکسید هافنیوم به روش خاصی سازماندهی شود، آنگاه (مسئول توانایی رسانه برای انتقال میدان الکتریکی) بیش از چهار برابر افزایش می یابد. اگر هنگام ایجاد دروازه های ترانزیستور از چنین ماده ای استفاده کنید، می توانید تأثیر را به میزان قابل توجهی کاهش دهید .
همچنین دانشمندان آمریکایی اندازه ترانزیستورهای مدرن را با استفاده از سلنید هافنیوم و زیرکونیوم کاهش دهید. آنها می توانند به عنوان یک عایق موثر برای ترانزیستورها به جای اکسید سیلیکون استفاده شوند. سلنیدها دارای ضخامت بسیار کمتری (سه اتم) هستند و در عین حال شکاف نواری خوبی دارند. این شاخصی است که مصرف برق ترانزیستور را تعیین می کند. مهندسان قبلا چندین نمونه اولیه از دستگاه های مبتنی بر سلنید هافنیوم و زیرکونیوم.
اکنون مهندسان باید مشکل اتصال چنین ترانزیستورهایی را حل کنند - برای ایجاد تماس های کوچک مناسب برای آنها. تنها پس از این می توان در مورد تولید انبوه صحبت کرد.
دی سولفید مولیبدن
سولفید مولیبدن خود یک نیمه هادی نسبتا ضعیف است که از نظر خواص نسبت به سیلیکون پایین تر است. اما گروهی از فیزیکدانان دانشگاه نوتردام دریافتند که لایه‌های نازک مولیبدن (ضخامت یک اتم) دارای خواص منحصر به فردی هستند - ترانزیستورهای مبتنی بر آنها هنگام خاموش شدن جریانی را از خود عبور نمی‌دهند و برای تعویض به انرژی کمی نیاز دارند. این به آنها اجازه می دهد تا در ولتاژ پایین کار کنند.
نمونه اولیه ترانزیستور مولیبدن در آزمایشگاه لارنس برکلی در سال 2016. عرض دستگاه تنها یک نانومتر است. مهندسان می گویند چنین ترانزیستورهایی به گسترش قانون مور کمک خواهند کرد.
همچنین ترانزیستور دی سولفید مولیبدن در سال گذشته مهندسان یکی از دانشگاه های کره جنوبی انتظار می رود این فناوری در مدارهای کنترلی نمایشگرهای OLED کاربرد پیدا کند. با این حال، هنوز صحبتی در مورد تولید انبوه چنین ترانزیستورهایی وجود ندارد.
با وجود این، محققان از استانفورد زیرساخت های مدرن برای تولید ترانزیستورها را می توان برای کار با دستگاه های "مولیبدن" با حداقل هزینه بازسازی کرد. اینکه آیا امکان اجرای چنین پروژه هایی وجود خواهد داشت یا خیر باید در آینده مشخص شود.
آنچه در کانال تلگرام خود می نویسیم:
منبع: www.habr.com