Stiamo parlando di alternative al silicio.
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La legge di Moore, la legge di Dennard e la regola di Koomey stanno perdendo rilevanza. Uno dei motivi è che i transistor al silicio si stanno avvicinando al loro limite tecnologico. Abbiamo discusso questo argomento in dettaglio . Oggi parliamo di materiali che in futuro potranno sostituire il silicio ed estendere la validità delle tre leggi, il che significa aumentare l'efficienza dei processori e dei sistemi informatici che li utilizzano (compresi i server nei data center).
nanotubi di carbonio
I nanotubi di carbonio sono cilindri le cui pareti sono costituite da uno strato monoatomico di carbonio. Il raggio degli atomi di carbonio è inferiore a quello del silicio, quindi i transistor basati su nanotubi hanno mobilità elettronica e densità di corrente più elevate. Di conseguenza, la velocità operativa del transistor aumenta e il suo consumo energetico diminuisce. Di ingegneri dell’Università del Wisconsin-Madison, la produttività aumenta di cinque volte.
Il fatto che i nanotubi di carbonio abbiano caratteristiche migliori del silicio è noto da molto tempo: sono comparsi i primi transistor di questo tipo . Ma solo di recente gli scienziati sono riusciti a superare una serie di limiti tecnologici per creare un dispositivo sufficientemente efficace. Tre anni fa, i fisici della già citata Università del Wisconsin hanno presentato un prototipo di transistor basato su nanotubi, che ha superato i moderni dispositivi al silicio.
Un'applicazione dei dispositivi basati sui nanotubi di carbonio è l'elettronica flessibile. Ma finora la tecnologia non è andata oltre il laboratorio e non si parla della sua implementazione di massa.
Nanonastri di grafene
Sono strisce strette diverse decine di nanometri di larghezza e uno dei materiali principali per la creazione dei transistor del futuro. La proprietà principale del nastro di grafene è la capacità di accelerare la corrente che lo attraversa utilizzando un campo magnetico. Allo stesso tempo, il grafene maggiore conduttività elettrica rispetto al silicio.
Su , i processori basati su transistor al grafene saranno in grado di funzionare a frequenze vicine ai terahertz. Mentre la frequenza operativa dei chip moderni è fissata a 4-5 gigahertz.
I primi prototipi di transistor al grafene . Da allora ingegneri processi di “assemblaggio” di dispositivi basati su di essi. Molto recentemente sono stati ottenuti i primi risultati: un team di sviluppatori dell'Università di Cambridge lo scorso marzo sul lancio in produzione . Gli ingegneri affermano che il nuovo dispositivo può accelerare di dieci volte il funzionamento dei dispositivi elettronici.
Biossido di afnio e seleniuro
Il biossido di afnio viene utilizzato anche nella produzione di microcircuiti . Viene utilizzato per creare uno strato isolante su un gate di transistor. Ma oggi gli ingegneri propongono di utilizzarlo per ottimizzare il funzionamento dei transistor al silicio.
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All'inizio dell'anno scorso, scienziati di Stanford , che se la struttura cristallina del biossido di afnio viene riorganizzata in modo speciale, allora (responsabile della capacità del mezzo di trasmettere un campo elettrico) aumenterà più di quattro volte. Se utilizzi tale materiale durante la creazione di gate a transistor, puoi ridurre significativamente l'influenza .
Anche scienziati americani ridurre le dimensioni dei transistor moderni utilizzando seleniuri di afnio e zirconio. Possono essere utilizzati come isolante efficace per i transistor al posto dell'ossido di silicio. I seleniuri hanno uno spessore significativamente più piccolo (tre atomi), pur mantenendo una buona banda proibita. Questo è un indicatore che determina il consumo energetico del transistor. Gli ingegneri lo hanno già fatto diversi prototipi funzionanti di dispositivi basati su seleniuri di afnio e zirconio.
Ora gli ingegneri devono risolvere il problema del collegamento di tali transistor, sviluppando per loro piccoli contatti appropriati. Solo dopo si potrà parlare di produzione di massa.
Disolfuro di molibdeno
Lo stesso solfuro di molibdeno è un semiconduttore piuttosto scadente, che ha proprietà inferiori al silicio. Ma un gruppo di fisici dell'Università di Notre Dame ha scoperto che sottili pellicole di molibdeno (spesse un atomo) hanno proprietà uniche: i transistor basati su di essi non trasmettono corrente quando sono spenti e richiedono poca energia per commutare. Ciò consente loro di funzionare a basse tensioni.
Prototipo di transistor al molibdeno nel laboratorio. Lawrence Berkeley nel 2016. Il dispositivo è largo solo un nanometro. Gli ingegneri affermano che tali transistor contribuiranno ad estendere la legge di Moore.
Anche il transistor al bisolfuro di molibdeno l'anno scorso ingegneri di un'università della Corea del Sud. Si prevede che la tecnologia troverà applicazione nei circuiti di controllo dei display OLED. Tuttavia, non si parla ancora della produzione in serie di tali transistor.
Nonostante ciò, i ricercatori di Stanford che la moderna infrastruttura per la produzione di transistor può essere ricostruita per funzionare con dispositivi al “molibdeno” a un costo minimo. Resta da vedere se in futuro sarà possibile realizzare tali progetti.
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Fonte: habr.com