私たちはシリコンの代替品について話しています。
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ムーアの法則、デナードの法則、クーミーの法則は妥当性を失いつつあります。 その理由の一つは、シリコントランジスタが技術的限界に近づいていることだ。 私たちはこのトピックについて詳しく話し合いました 。 今日私たちは、将来的にシリコンに取って代わることができ、XNUMX つの法律の有効性を拡張できる材料について話しています。これは、プロセッサとそれを使用するコンピューティング システム (データ センターのサーバーを含む) の効率を向上させることを意味します。
カーボンナノチューブ
カーボン ナノチューブは、壁が炭素の単原子層で構成されている円柱です。 炭素原子の半径はシリコンの半径よりも小さいため、ナノチューブベースのトランジスタは電子移動度および電流密度が高くなります。 その結果、トランジスタの動作速度が向上し、消費電力が減少します。 による ウィスコンシン大学マディソン校のエンジニアを採用すると、生産性が XNUMX 倍向上します。
カーボンナノチューブがシリコンよりも優れた特性を持っているという事実は長い間知られていました - 最初のそのようなトランジスタが登場しました 。 しかし、科学者たちが十分に効果的な装置を作成するために、多くの技術的限界を克服することに成功したのはつい最近のことです。 XNUMX 年前、前述のウィスコンシン大学の物理学者は、現代のシリコン デバイスを上回る性能を備えたナノチューブ ベースのトランジスタのプロトタイプを発表しました。
カーボン ナノチューブをベースにしたデバイスの応用の XNUMX つは、フレキシブル エレクトロニクスです。 しかし今のところ、この技術は実験室の域を超えておらず、大量導入の話も出ていない。
グラフェンナノリボン
それらは狭いストリップです 幅は数十ナノメートルで、 将来のトランジスタを作成するための主要な材料の XNUMX つです。 グラフェンテープの主な特性は、磁場を使用してそこを流れる電流を加速する能力です。 同時にグラフェン シリコンよりも電気伝導率が高い。
上の 、グラフェントランジスタをベースにしたプロセッサは、テラヘルツに近い周波数で動作できるようになります。 一方、最新のチップの動作周波数は 4 ～ 5 ギガヘルツに設定されています。
グラフェントランジスタの最初のプロトタイプ 。 それ以来エンジニアたちは それらに基づいてデバイスを「組み立てる」プロセス。 ごく最近、最初の結果が得られました - XNUMX月にケンブリッジ大学の開発者チーム 本番環境への立ち上げについて 。 技術者らは、この新しい装置により電子機器の動作をXNUMX倍高速化できるとしている。
二酸化ハフニウムとセレン化物
二酸化ハフニウムは超小型回路の製造にも使用されます 。 トランジスタのゲート上に絶縁層を形成するために使用されます。 しかし今日、エンジニアたちはシリコントランジスタの動作を最適化するためにそれを使用することを提案しています。
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昨年初め、スタンフォード大学の科学者らは、 二酸化ハフニウムの結晶構造が特別な方法で再構成されると、 （電界を伝達する媒体の能力に関与する）は XNUMX 倍以上増加します。 トランジスタのゲートを作成する際にこのような材料を使用すると、影響を大幅に軽減できます。 .
アメリカの科学者も ハフニウムおよびセレン化ジルコニウムを使用して現代のトランジスタのサイズを縮小します。 これらは、酸化シリコンの代わりにトランジスタの効果的な絶縁体として使用できます。 セレン化物は、良好なバンドギャップを維持しながら、厚さが大幅に薄くなります (原子 XNUMX 個分)。 トランジスタの消費電力を決める指標です。 エンジニアはすでに ハフニウムおよびセレン化ジルコニウムをベースにしたデバイスのいくつかの実用的なプロトタイプ。
現在、エンジニアはそのようなトランジスタの接続の問題を解決し、それらに適切な小さな接点を開発する必要があります。 それができて初めて量産の話ができるようになる。
二硫化モリブデン
硫化モリブデン自体はかなり貧弱な半導体であり、シリコンに比べて特性が劣ります。 しかし、ノートルダム大学の物理学者グループは、モリブデン薄膜（厚さ XNUMX 原子）には独特の特性があることを発見しました。モリブデンをベースにしたトランジスタは、オフのときに電流を流さず、スイッチングにほとんどエネルギーを必要としません。 これにより、低電圧での動作が可能になります。
モリブデントランジスタ試作機 研究室で。 2016年のローレンス・バークレー。 このデバイスの幅はわずか XNUMX ナノメートルです。 技術者らは、こうしたトランジスタはムーアの法則の拡張に役立つと述べている。
去年も二硫化モリブデントランジスタ 韓国の大学出身のエンジニア。 この技術は、OLEDディスプレイの制御回路への応用が期待されています。 しかし、そのようなトランジスタの量産についてはまだ話がありません。
それにもかかわらず、スタンフォードの研究者たちは、 トランジスタ製造のための最新のインフラは、最小限のコストで「モリブデン」デバイスを使用できるように再構築できるということです。 このようなプロジェクトが実現可能かどうかは、今後の課題である。
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出所： habr.com