A szilícium alternatíváiról beszélünk.
/ fotó Unsplash
Moore törvénye, Dennard törvénye és Coomey szabálya veszít relevanciájából. Ennek egyik oka az, hogy a szilícium tranzisztorok közelednek technológiai korlátjukhoz. Ezt a témát részletesen megvitattuk . Ma olyan anyagokról beszélünk, amelyek a jövőben kiválthatják a szilíciumot és kiterjeszthetik a három törvény érvényességét, ami a processzorok és az azokat használó számítástechnikai rendszerek (beleértve az adatközpontok szervereit is) hatékonyságának növelését jelenti.
Szén nanocsövek
A szén nanocsövek olyan hengerek, amelyek fala egy szénatomos rétegből áll. A szénatomok sugara kisebb, mint a szilíciumé, ezért a nanocső alapú tranzisztorok elektronmobilitása és áramsűrűsége nagyobb. Ennek eredményeként a tranzisztor működési sebessége nő, és energiafogyasztása csökken. Által a Wisconsin-Madison Egyetem mérnökei, a termelékenység ötszörösére nő.
Az a tény, hogy a szén nanocsövek jobb tulajdonságokkal rendelkeznek, mint a szilícium, régóta ismertek - megjelentek az első ilyen tranzisztorok . De a tudósoknak csak a közelmúltban sikerült leküzdeniük számos technológiai korlátot, hogy megfelelően hatékony eszközt hozzanak létre. Három évvel ezelőtt a már említett Wisconsini Egyetem fizikusai bemutatták egy nanocső alapú tranzisztor prototípusát, amely felülmúlta a modern szilícium eszközöket.
A szén nanocsöveken alapuló eszközök egyik alkalmazása a rugalmas elektronika. De eddig a technológia nem jutott túl a laboratóriumon, és szó sincs tömeges megvalósításáról.
Grafén nanoszalagok
Ezek keskeny csíkok több tíz nanométer széles és az egyik fő anyag a jövő tranzisztorainak létrehozásához. A grafénszalag fő tulajdonsága, hogy mágneses mező segítségével képes felgyorsítani a rajta átfolyó áramot. Ugyanakkor a grafén nagyobb elektromos vezetőképesség, mint a szilícium.
On , a graféntranzisztorokra épülő processzorok terahertzhez közeli frekvencián működhetnek majd. Míg a modern chipek működési frekvenciáját 4-5 gigahertzre állítják.
A grafén tranzisztorok első prototípusai . Azóta mérnökök az ezekre épülő eszközök „összeállításának” folyamatai. Nemrég születtek meg az első eredmények – a Cambridge-i Egyetem fejlesztői csapata márciusban a gyártás megkezdéséről . A mérnökök szerint az új készülék tízszeresére gyorsíthatja az elektronikai eszközök működését.
Hafnium-dioxid és szelenid
A hafnium-dioxidot mikroáramkörök gyártásához is használják . A tranzisztoros kapura szigetelő réteg készítésére szolgál. De ma a mérnökök azt javasolják, hogy használják a szilícium tranzisztorok működésének optimalizálására.
/ fotó PD
Tavaly év elején a stanfordi tudósok , hogy ha a hafnium-dioxid kristályszerkezetét sajátos módon átrendezzük, akkor az (amely a közeg elektromos mezőt közvetítő képességéért felelős) több mint négyszeresére nő. Ha ilyen anyagot használ a tranzisztoros kapuk létrehozásakor, jelentősen csökkentheti a hatást .
Amerikai tudósok is a modern tranzisztorok méretének csökkentése hafnium- és cirkónium-szelenidek felhasználásával. Szilícium-oxid helyett tranzisztorok hatékony szigetelőjeként használhatók. A szelenidek vastagsága lényegesen kisebb (három atom), miközben jó sávközt tartanak fenn. Ez egy olyan mutató, amely meghatározza a tranzisztor energiafogyasztását. A mérnökök már megtették Hafnium- és cirkónium-szelenid alapú eszközök számos működő prototípusa.
Most a mérnököknek meg kell oldaniuk az ilyen tranzisztorok csatlakoztatásának problémáját - megfelelő kis érintkezőket kell kifejleszteniük számukra. Csak ezután lehet tömegtermelésről beszélni.
Molibdén-diszulfid
Maga a molibdén-szulfid meglehetősen gyenge félvezető, amely tulajdonságaiban rosszabb, mint a szilícium. A Notre Dame Egyetem fizikusainak egy csoportja azonban felfedezte, hogy a vékony (egy atom vastagságú) molibdén filmek egyedi tulajdonságokkal rendelkeznek – az ezeken alapuló tranzisztorok kikapcsolt állapotban nem adják át az áramot, és kevés energiát igényelnek a kapcsoláshoz. Ez lehetővé teszi számukra, hogy alacsony feszültségen működjenek.
Molibdén tranzisztor prototípusa a laboratóriumban. Lawrence Berkeley 2016-ban. A készülék mindössze egy nanométer széles. A mérnökök szerint az ilyen tranzisztorok segítik a Moore-törvény kiterjesztését.
Szintén molibdén-diszulfid tranzisztor tavaly mérnökök egy dél-koreai egyetemről. A technológia várhatóan az OLED-kijelzők vezérlőáramköreiben talál majd alkalmazást. Ilyen tranzisztorok tömeggyártásáról azonban még nincs szó.
Ennek ellenére a stanfordi kutatók hogy a tranzisztorok gyártására szolgáló modern infrastruktúra minimális költséggel átépíthető „molibdén” eszközökkel. Hogy sikerül-e ilyen projekteket megvalósítani, az a jövőben kiderül.
Amiről a Telegram csatornánkon írunk:
Forrás: will.com