Nous parlons d’alternatives au silicium.
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La loi de Moore, la loi de Dennard et la règle de Coomey perdent de leur pertinence. L’une des raisons est que les transistors au silicium approchent de leur limite technologique. Nous avons discuté de ce sujet en détail . Aujourd'hui, nous parlons de matériaux qui, à l'avenir, pourront remplacer le silicium et prolonger la validité des trois lois, ce qui implique d'augmenter l'efficacité des processeurs et des systèmes informatiques qui les utilisent (y compris les serveurs des centres de données).
nanotubes de carbone
Les nanotubes de carbone sont des cylindres dont les parois sont constituées d'une couche monoatomique de carbone. Le rayon des atomes de carbone est plus petit que celui du silicium, de sorte que les transistors à base de nanotubes ont une mobilité électronique et une densité de courant plus élevées. En conséquence, la vitesse de fonctionnement du transistor augmente et sa consommation électrique diminue. Par ingénieurs de l’Université du Wisconsin-Madison, la productivité est multipliée par cinq.
Le fait que les nanotubes de carbone aient de meilleures caractéristiques que le silicium est connu depuis longtemps - les premiers transistors de ce type sont apparus . Mais ce n'est que récemment que les scientifiques ont réussi à surmonter un certain nombre de limitations technologiques afin de créer un dispositif suffisamment efficace. Il y a trois ans, des physiciens de l'Université du Wisconsin, déjà mentionnée, ont présenté un prototype de transistor à base de nanotubes, qui surpassait les dispositifs modernes en silicium.
L’électronique flexible est une application des dispositifs à base de nanotubes de carbone. Mais jusqu'à présent, la technologie n'a pas dépassé le stade du laboratoire et il n'est pas question de sa mise en œuvre massive.
Nanorubans de graphène
Ce sont des bandes étroites plusieurs dizaines de nanomètres de large et l'un des principaux matériaux pour créer les transistors du futur. La principale propriété de la bande de graphène est sa capacité à accélérer le courant qui la traverse à l'aide d'un champ magnétique. En même temps, le graphène conductivité électrique supérieure à celle du silicium.
Sur , les processeurs basés sur des transistors en graphène pourront fonctionner à des fréquences proches du térahertz. Alors que la fréquence de fonctionnement des puces modernes est fixée à 4 à 5 gigahertz.
Les premiers prototypes de transistors au graphène . Depuis, les ingénieurs processus d'« assemblage » d'appareils basés sur ceux-ci. Très récemment, les premiers résultats ont été obtenus - une équipe de développeurs de l'Université de Cambridge en mars à propos du lancement en production . Les ingénieurs affirment que le nouvel appareil peut décupler la vitesse de fonctionnement des appareils électroniques.
Dioxyde de hafnium et séléniure
Le dioxyde de hafnium est également utilisé dans la fabrication de microcircuits . Il est utilisé pour réaliser une couche isolante sur la grille d'un transistor. Mais aujourd'hui les ingénieurs proposent de l'utiliser pour optimiser le fonctionnement des transistors en silicium.
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Au début de l'année dernière, des scientifiques de Stanford , que si la structure cristalline du dioxyde de hafnium est réorganisée d'une manière particulière, alors elle (responsable de la capacité du milieu à transmettre un champ électrique) augmentera plus de quatre fois. Si vous utilisez un tel matériau lors de la création de grilles de transistors, vous pouvez réduire considérablement l'influence .
Aussi des scientifiques américains réduire la taille des transistors modernes en utilisant des séléniures d'hafnium et de zirconium. Ils peuvent être utilisés comme isolant efficace pour les transistors à la place de l'oxyde de silicium. Les séléniures ont une épaisseur nettement inférieure (trois atomes), tout en conservant une bonne bande interdite. Il s'agit d'un indicateur qui détermine la consommation électrique du transistor. Les ingénieurs ont déjà plusieurs prototypes fonctionnels de dispositifs à base de séléniures de hafnium et de zirconium.
Les ingénieurs doivent désormais résoudre le problème de la connexion de tels transistors - développer de petits contacts appropriés pour eux. Ce n’est qu’après cela qu’il sera possible de parler de production de masse.
Disulfure de molybdène
Le sulfure de molybdène lui-même est un semi-conducteur plutôt médiocre, dont les propriétés sont inférieures à celles du silicium. Mais un groupe de physiciens de l'Université de Notre Dame a découvert que de minces films de molybdène (un atome d'épaisseur) ont des propriétés uniques : les transistors basés sur ceux-ci ne laissent pas passer le courant lorsqu'ils sont éteints et nécessitent peu d'énergie pour commuter. Cela leur permet de fonctionner à basse tension.
Prototype de transistor au molybdène dans le laboratoire. Lawrence Berkeley en 2016. L'appareil ne mesure qu'un nanomètre de large. Les ingénieurs affirment que de tels transistors contribueront à étendre la loi de Moore.
Également un transistor au bisulfure de molybdène l'année dernière ingénieurs d’une université sud-coréenne. Cette technologie devrait trouver des applications dans les circuits de contrôle des écrans OLED. Cependant, on ne parle pas encore de production en série de tels transistors.
Malgré cela, des chercheurs de Stanford que l'infrastructure moderne de production de transistors peut être reconstruite pour fonctionner avec des dispositifs en « molybdène » à un coût minime. Reste à savoir si de tels projets seront réalisables à l’avenir.
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Source: habr.com