무어의 법칙 “극복”: 미래의 트랜지스터 기술

우리는 실리콘의 대안에 대해 이야기하고 있습니다.

/ 사진 로라 오켈 Unsplash

무어의 법칙, 데나드의 법칙, 쿠미의 법칙은 관련성을 잃고 있습니다. 한 가지 이유는 실리콘 트랜지스터가 기술적 한계에 접근하고 있기 때문입니다. 우리는 이 주제에 대해 자세히 논의했습니다. 이전 게시물에서. 오늘 우리는 미래에 실리콘을 대체하고 세 가지 법칙의 유효성을 확장할 수 있는 재료에 대해 이야기하고 있습니다. 이는 프로세서와 이를 사용하는 컴퓨팅 시스템(데이터 센터의 서버 포함)의 효율성을 높이는 것을 의미합니다.



탄소나노튜브

탄소 나노튜브는 벽이 탄소의 단원자 층으로 구성된 원통형입니다. 탄소 원자의 반경은 실리콘보다 작기 때문에 나노튜브 기반 트랜지스터는 전자 이동도와 전류 밀도가 더 높습니다. 결과적으로 트랜지스터의 동작 속도는 증가하고 전력 소모는 감소한다. 에 의해 ~에 따르면 University of Wisconsin-Madison의 엔지니어와 함께 작업하면 생산성이 XNUMX배 증가합니다.

탄소나노튜브가 실리콘보다 우수한 특성을 갖는다는 사실은 오랫동안 알려져 왔으며, 이러한 트랜지스터가 최초로 등장했습니다. 20년 이상 전. 그러나 최근에야 과학자들은 충분히 효과적인 장치를 만들기 위해 여러 가지 기술적 한계를 극복할 수 있었습니다. XNUMX년 전, 이미 언급한 위스콘신 대학의 물리학자들은 현대 실리콘 장치보다 성능이 뛰어난 나노튜브 기반 트랜지스터의 프로토타입을 제시했습니다.

탄소 나노튜브를 기반으로 한 장치의 응용 분야 중 하나는 유연한 전자 장치입니다. 그러나 지금까지 기술은 실험실을 넘어서지 않았으며 대량 구현에 대한 이야기도 없습니다.

그래핀 나노리본

그들은 좁은 띠입니다 그래 핀 수십 나노미터의 폭과 고려된다 미래의 트랜지스터를 만드는 주요 재료 중 하나입니다. 그래핀 테이프의 주요 특성은 자기장을 사용하여 그래핀 테이프에 흐르는 전류를 가속하는 능력입니다. 동시에 그래핀 250번 있어요 실리콘보다 전기전도도가 더 크다.

에 일부 데이터, 그래핀 트랜지스터 기반 프로세서는 테라헤르츠에 가까운 주파수에서 작동할 수 있습니다. 최신 칩의 작동 주파수는 4~5기가헤르츠로 설정되어 있습니다.

그래핀 트랜지스터의 첫 번째 프로토타입 XNUMX년 전에 등장한. 그 이후로 엔지니어 최적화하려고 노력 중 이를 기반으로 장치를 "조립"하는 프로세스입니다. 아주 최근에 첫 번째 결과를 얻었습니다. XNUMX월에 캠브리지 대학의 개발자 팀이 나왔습니다. 발표했다. 생산 개시에 대해 최초의 그래핀 칩. 엔지니어들은 새로운 장치가 전자 장치의 작동 속도를 XNUMX배 향상시킬 수 있다고 말합니다.

이산화 하프늄 및 셀레나이드

이산화 하프늄은 초소형 회로 생산에도 사용됩니다. 2007 년에. 트랜지스터 게이트 위에 절연층을 만드는 데 사용됩니다. 그러나 오늘날 엔지니어들은 이를 사용하여 실리콘 트랜지스터의 작동을 최적화할 것을 제안합니다.

/ 사진 프리츠첸 프리츠 PD

작년 초 스탠포드의 과학자들은 발견, 이산화 하프늄의 결정 구조를 특별한 방법으로 재구성하면 전기 상수 (전기장을 전달하는 매체의 능력을 담당함)은 XNUMX배 이상 증가합니다. 트랜지스터 게이트를 만들 때 이러한 재료를 사용하면 영향을 크게 줄일 수 있습니다. 터널 효과.

역시 미국 과학자 방법을 찾았다 하프늄 및 지르코늄 셀레나이드를 사용하여 현대 트랜지스터의 크기를 줄입니다. 이는 산화규소 대신 트랜지스터의 효과적인 절연체로 사용될 수 있습니다. 셀레나이드는 양호한 밴드 갭을 유지하면서 훨씬 더 작은 두께(XNUMX개 원자)를 갖습니다. 이는 트랜지스터의 전력 소비를 결정하는 지표입니다. 엔지니어들은 이미 관리하는 하프늄 및 지르코늄 셀레나이드를 기반으로 한 장치의 여러 작업 프로토타입.

이제 엔지니어는 이러한 트랜지스터를 연결하는 문제를 해결하여 적절한 소형 접점을 개발해야 합니다. 그 후에야 대량생산에 관해 이야기할 수 있을 것이다.

이황화몰리브덴

황화 몰리브덴 자체는 실리콘에 비해 특성이 떨어지는 다소 열악한 반도체입니다. 그러나 노트르담 대학의 물리학자 그룹은 얇은 몰리브덴 필름(원자 XNUMX개 두께)이 독특한 특성을 가지고 있다는 사실을 발견했습니다. 이를 기반으로 한 트랜지스터는 꺼질 때 전류를 흐르지 않으며 전환하는 데 에너지가 거의 필요하지 않습니다. 이를 통해 저전압에서 작동할 수 있습니다.

몰리브덴 트랜지스터 프로토타입 개발했다 실험실에서. 2016년 로렌스 버클리. 이 장치의 폭은 XNUMX나노미터에 불과합니다. 엔지니어들은 그러한 트랜지스터가 무어의 법칙을 확장하는 데 도움이 될 것이라고 말합니다.

또한 작년에 이황화 몰리브덴 트랜지스터 제시 한국 대학의 엔지니어. 이 기술은 OLED 디스플레이 제어회로에 응용될 것으로 기대된다. 그러나 그러한 트랜지스터의 대량 생산에 대해서는 아직 이야기가 없습니다.

그럼에도 불구하고 스탠포드 연구진은 주장하다트랜지스터 생산을 위한 현대적인 인프라를 최소한의 비용으로 "몰리브덴" 장치와 함께 작동하도록 재구축할 수 있다는 것입니다. 그러한 프로젝트를 구현할 수 있을지 여부는 앞으로 지켜봐야 할 것입니다.

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출처 : habr.com