Govorimo o alternativama za silicij.
/ fotografija Unsplash
Mooreov zakon, Dennardov zakon i Koomeyjevo pravilo gube na važnosti. Jedan od razloga je taj što se silicijevi tranzistori približavaju svojoj tehnološkoj granici. Detaljno smo razgovarali o ovoj temi . Danas govorimo o materijalima koji u budućnosti mogu zamijeniti silicij i produžiti valjanost triju zakona, što znači povećanje učinkovitosti procesora i računalnih sustava koji ih koriste (uključujući poslužitelje u podatkovnim centrima).
Ugljikove nanocijevi
Ugljikove nanocijevi su cilindri čije se stijenke sastoje od monoatomskog sloja ugljika. Radijus atoma ugljika manji je od polumjera silicija, pa tranzistori temeljeni na nanocijevima imaju veću mobilnost elektrona i gustoću struje. Kao rezultat toga, povećava se radna brzina tranzistora i smanjuje njegova potrošnja energije. Po inženjera sa Sveučilišta Wisconsin-Madison, produktivnost se povećava peterostruko.
Činjenica da ugljikove nanocijevi imaju bolje karakteristike od silicija poznata je već dugo - pojavili su se prvi takvi tranzistori . Ali tek nedavno su znanstvenici uspjeli prevladati brojna tehnološka ograničenja kako bi stvorili dovoljno učinkovit uređaj. Prije tri godine fizičari sa već spomenutog sveučilišta Wisconsin predstavili su prototip tranzistora na bazi nanocijevi, koji je nadmašio moderne silicijske uređaje.
Jedna od primjena uređaja temeljenih na ugljikovim nanocijevima je fleksibilna elektronika. Ali do sada tehnologija nije otišla dalje od laboratorija i nema govora o njenoj masovnoj implementaciji.
Grafenske nanovrpce
To su uske trake širok nekoliko desetaka nanometara i jedan od glavnih materijala za stvaranje tranzistora budućnosti. Glavno svojstvo grafenske trake je sposobnost ubrzavanja struje koja teče kroz nju pomoću magnetskog polja. Istovremeno, grafen veća električna vodljivost od silicija.
Na , procesori temeljeni na grafenskim tranzistorima moći će raditi na frekvencijama blizu teraherca. Dok je radna frekvencija modernih čipova postavljena na 4–5 gigaherca.
Prvi prototipovi grafenskih tranzistora . Od tada inženjeri procesi “sastavljanja” uređaja na temelju njih. Nedavno su dobiveni prvi rezultati - tim programera sa Sveučilišta Cambridge u ožujku o puštanju u proizvodnju . Inženjeri kažu da novi uređaj može deseterostruko ubrzati rad elektroničkih uređaja.
Hafnijev dioksid i selenid
Hafnijev dioksid se također koristi u proizvodnji mikro krugova . Koristi se za izradu izolacijskog sloja na vratima tranzistora. Ali danas inženjeri predlažu njegovu upotrebu za optimizaciju rada silicijskih tranzistora.
/ fotografija PD
Početkom prošle godine znanstvenici sa Stanforda , da ako se kristalna struktura hafnijevog dioksida reorganizira na poseban način, onda je (odgovoran za sposobnost medija da prenosi električno polje) povećat će se više od četiri puta. Ako koristite takav materijal pri izradi vrata tranzistora, možete značajno smanjiti utjecaj .
Također američki znanstvenici smanjiti veličinu modernih tranzistora pomoću hafnijevih i cirkonijevih selenida. Mogu se koristiti kao učinkoviti izolator za tranzistore umjesto silicijevog oksida. Selenidi imaju znatno manju debljinu (tri atoma), dok zadržavaju dobar zabranjeni pojas. Ovo je pokazatelj koji određuje potrošnju energije tranzistora. Inženjeri su već nekoliko radnih prototipova uređaja na bazi hafnijevih i cirkonijevih selenida.
Sada inženjeri moraju riješiti problem povezivanja takvih tranzistora - razviti odgovarajuće male kontakte za njih. Tek nakon toga moći će se govoriti o masovnoj proizvodnji.
Molibden disulfid
Sam molibden sulfid je prilično loš poluvodič, koji je inferioran u svojstvima od silicija. Ali skupina fizičara sa Sveučilišta Notre Dame otkrila je da tanki molibdenski filmovi (debljine jednog atoma) imaju jedinstvena svojstva - tranzistori temeljeni na njima ne propuštaju struju kada su isključeni i zahtijevaju malo energije za prebacivanje. To im omogućuje rad na niskim naponima.
Prototip molibdenskog tranzistora u laboratoriju. Lawrence Berkeley 2016. Uređaj je širok samo jedan nanometar. Inženjeri kažu da će takvi tranzistori pomoći u proširenju Mooreova zakona.
Također molibden disulfid tranzistor prošle godine inženjeri s južnokorejskog sveučilišta. Očekuje se da će tehnologija naći primjenu u upravljačkim krugovima OLED zaslona. No, o masovnoj proizvodnji takvih tranzistora još se ne govori.
Unatoč tome, istraživači sa Stanforda da se moderna infrastruktura za proizvodnju tranzistora može ponovno izgraditi za rad s "molibdenskim" uređajima uz minimalne troškove. Hoće li takve projekte biti moguće realizirati, ostaje za vidjeti u budućnosti.
O čemu pišemo na našem Telegram kanalu:
Izvor: www.habr.com