"התגברות" על חוק מור: טכנולוגיות הטרנזיסטור של העתיד

אנחנו מדברים על חלופות לסיליקון.

/ תמונה לורה אוקל Unsplash

חוק מור, חוק דנרד וחוק קומי מאבדים רלוונטיות. אחת הסיבות היא שטרנזיסטורי סיליקון מתקרבים לגבול הטכנולוגי שלהם. דנו בנושא זה בפירוט בפוסט קודם. היום אנחנו מדברים על חומרים שבעתיד יכולים להחליף סיליקון ולהאריך את תוקף שלושת החוקים, כלומר הגברת היעילות של המעבדים ומערכות המחשוב שמשתמשות בהם (כולל שרתים במרכזי נתונים).



ננו-צינורות פחמן

ננו-צינורות פחמן הם גלילים שדפנותיהם מורכבות משכבה מונוטומית של פחמן. הרדיוס של אטומי הפחמן קטן מזה של הסיליקון, ולכן לטרנזיסטורים מבוססי ננו-צינורות יש ניידות אלקטרונים וצפיפות זרם גבוהים יותר. כתוצאה מכך, מהירות הפעולה של הטרנזיסטור עולה וצריכת החשמל שלו יורדת. על ידי על פי מהנדסים מאוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון, הפרודוקטיביות עולה פי חמישה.

העובדה שלננו-צינוריות פחמן יש מאפיינים טובים יותר מסיליקון ידועה כבר זמן רב - הטרנזיסטורים הראשונים כאלה הופיעו לפני למעלה מ-20 שנים. אך רק לאחרונה הצליחו מדענים להתגבר על מספר מגבלות טכנולוגיות כדי ליצור מכשיר יעיל מספיק. לפני שלוש שנים הציגו פיזיקאים מאוניברסיטת ויסקונסין שכבר הוזכרה אב טיפוס של טרנזיסטור מבוסס ננו-צינורות, שגבר על מכשירי הסיליקון המודרניים.

יישום אחד של מכשירים המבוססים על ננו-צינורות פחמן הוא אלקטרוניקה גמישה. אבל עד כה הטכנולוגיה לא חרגה מעבר למעבדה ואין דיבור על הטמעה המוני שלה.

סרטי ננו גרפן

הם רצועות צרות גרפן ברוחב של כמה עשרות ננומטרים ו נחשבים אחד החומרים העיקריים ליצירת טרנזיסטורים של העתיד. המאפיין העיקרי של סרט הגרפן הוא היכולת להאיץ את הזרם הזורם דרכו באמצעות שדה מגנטי. במקביל, גרפן יש 250 פעמים מוליכות חשמלית גדולה יותר מסיליקון.

על כמה נתונים, מעבדים המבוססים על טרנזיסטורי גרפן יוכלו לפעול בתדרים הקרובים לטרה-הרץ. בעוד שתדירות הפעולה של שבבים מודרניים מוגדרת ל-4-5 גיגה-הרץ.

אבות הטיפוס הראשונים של טרנזיסטורי גרפן הופיע לפני עשר שנים. מאז מהנדסים מנסה לייעל תהליכי "הרכבת" מכשירים המבוססים עליהם. ממש לאחרונה התקבלו התוצאות הראשונות - צוות מפתחים מאוניברסיטת קיימברידג' במרץ הוכרז לגבי השקה לייצור שבבי גרפן ראשונים. מהנדסים אומרים שהמכשיר החדש יכול להאיץ את פעולתם של מכשירים אלקטרוניים פי עשרה.

הפניום דו חמצני וסלניד

הפניום דו חמצני משמש גם בייצור של מיקרו-מעגלים מ 2007 שנה. הוא משמש לייצור שכבת בידוד על שער טרנזיסטור. אבל היום מהנדסים מציעים להשתמש בו כדי לייעל את פעולתם של טרנזיסטורי סיליקון.

/ תמונה פריצ'נס פריץ PD

בתחילת השנה שעברה, מדענים מסטנפורד גילו, שאם המבנה הגבישי של הפניום דו חמצני מאורגן מחדש בצורה מיוחדת, אז זה קבוע חשמלי (אחראי על יכולתו של המדיום להעביר שדה חשמלי) יגדל יותר מפי ארבע. אם אתה משתמש בחומר כזה בעת יצירת שערי טרנזיסטור, אתה יכול להפחית באופן משמעותי את ההשפעה אפקט המנהרה.

גם מדענים אמריקאים מצא דרך להפחית את גודלם של טרנזיסטורים מודרניים באמצעות סלנידים הפניום וזירקוניום. הם יכולים לשמש כמבודד יעיל לטרנזיסטורים במקום תחמוצת סיליקון. לסלנידים יש עובי קטן משמעותית (שלושה אטומים), תוך שמירה על פער פס טוב. זהו אינדיקטור הקובע את צריכת החשמל של הטרנזיסטור. מהנדסים כבר הצליח ליצור מספר אבות טיפוס עובדים של מכשירים המבוססים על סלנידים הפניום וזירקוניום.

עכשיו מהנדסים צריכים לפתור את הבעיה של חיבור טרנזיסטורים כאלה - לפתח עבורם מגעים קטנים מתאימים. רק אחרי זה אפשר יהיה לדבר על ייצור המוני.

מוליבדן דיסולפיד

מוליבדן גופרתי עצמו הוא מוליך למחצה גרוע למדי, שהוא נחות בתכונותיו מסיליקון. אבל קבוצה של פיזיקאים מאוניברסיטת נוטרדאם גילתה שלסרטי מוליבדן דקים (עובי אטום אחד) יש תכונות ייחודיות - טרנזיסטורים המבוססים עליהם אינם מעבירים זרם כשהם כבויים ודורשים מעט אנרגיה כדי לעבור. זה מאפשר להם לפעול במתח נמוך.

אב טיפוס טרנזיסטור מוליבדן מפותח במעבדה. לורנס ברקלי ב-2016. רוחבו של המכשיר ננומטר אחד בלבד. מהנדסים אומרים טרנזיסטורים כאלה יעזרו להרחיב את חוק מור.

גם טרנזיסטור מוליבדן דיסולפיד בשנה שעברה הציג מהנדסים מאוניברסיטה דרום קוריאנית. הטכנולוגיה צפויה למצוא יישום במעגלי בקרה של צגי OLED. עם זאת, אין עדיין דיבור על ייצור המוני של טרנזיסטורים כאלה.

למרות זאת, חוקרים מסטנפורד תביעהשניתן לבנות מחדש תשתית מודרנית לייצור טרנזיסטורים כך שתעבוד עם מכשירי "מוליבדן" בעלות מינימלית. האם ניתן יהיה ליישם פרויקטים כאלה נותר לראות בעתיד.

על מה אנחנו כותבים בערוץ הטלגרם שלנו:

• כיצד ספק IaaS מגן על הנתונים האישיים של חברות לקוחות
• בעקבות אירוע VMware EMPOWER 2019: למד את היסודות של Workspace ONE
• שנה לאחר מכן - מי קיבל קנסות במסגרת ה-GDPR
• איך פועלים מרכזי נתונים - מעבדים חדשים
• איך פועלים מרכזי נתונים: מגמות טכנולוגיות של השנים האחרונות
• כיצד להגן על רשת IoT: קוד פתוח יעזור

מקור: www.habr.com