Kalbame apie silicio alternatyvas.
/ nuotrauka Unsplash
Moore'o įstatymas, Dennardo dėsnis ir Coomey taisyklė praranda aktualumą. Viena iš priežasčių yra ta, kad silicio tranzistoriai artėja prie savo technologinės ribos. Mes išsamiai aptarėme šią temą . Šiandien kalbame apie medžiagas, kurios ateityje gali pakeisti silicį ir pratęsti trijų dėsnių galiojimą, o tai reiškia padidinti procesorių ir juos naudojančių skaičiavimo sistemų (įskaitant serverius duomenų centruose) efektyvumą.
Anglies nanovamzdeliai
Anglies nanovamzdeliai yra cilindrai, kurių sienelės susideda iš monoatominio anglies sluoksnio. Anglies atomų spindulys yra mažesnis nei silicio, todėl nanovamzdelių pagrindu pagaminti tranzistoriai turi didesnį elektronų judrumą ir srovės tankį. Dėl to didėja tranzistoriaus veikimo greitis ir sumažėja jo energijos suvartojimas. Autorius inžinieriai iš Viskonsino-Madisono universiteto, produktyvumas padidėja penkis kartus.
Tai, kad anglies nanovamzdeliai pasižymi geresnėmis charakteristikomis nei silicis, žinoma jau seniai – pasirodė pirmieji tokie tranzistoriai . Tačiau tik neseniai mokslininkams pavyko įveikti daugybę technologinių apribojimų, kad būtų sukurtas pakankamai efektyvus prietaisas. Prieš trejus metus jau minėto Viskonsino universiteto fizikai pristatė nanovamzdelių pagrindu pagaminto tranzistoriaus prototipą, kuris pranoko šiuolaikinius silicio prietaisus.
Vienas iš anglies nanovamzdelių pagrindu pagamintų prietaisų taikymo sričių yra lanksti elektronika. Tačiau iki šiol technologija neperžengė laboratorijos ribų ir apie masinį jos įgyvendinimą nekalbama.
Grafeno nanojuostos
Jie yra siauros juostelės kelių dešimčių nanometrų pločio ir viena iš pagrindinių ateities tranzistorių kūrimo medžiagų. Pagrindinė grafeno juostos savybė yra galimybė magnetiniu lauku pagreitinti per ją tekančią srovę. Tuo pačiu metu grafenas didesnis elektros laidumas nei silicio.
Apie , grafeno tranzistoriais paremti procesoriai galės veikti artimais terahercams dažniais. Šiuolaikinių lustų veikimo dažnis yra nustatytas 4–5 gigahercuose.
Pirmieji grafeno tranzistorių prototipai . Nuo tada inžinieriai jais pagrįstų įrenginių „surinkimo“ procesai. Visai neseniai buvo gauti pirmieji rezultatai – kūrėjų komanda iš Kembridžo universiteto kovo mėn apie paleidimą į gamybą . Inžinieriai teigia, kad naujasis įrenginys elektroninių prietaisų veikimą gali paspartinti dešimteriopai.
Hafnio dioksidas ir selenidas
Hafnio dioksidas taip pat naudojamas mikroschemų gamyboje . Jis naudojamas izoliaciniam sluoksniui gaminti ant tranzistoriaus vartų. Tačiau šiandien inžinieriai siūlo jį naudoti, kad optimizuotų silicio tranzistorių veikimą.
/ nuotrauka PD
Praėjusių metų pradžioje mokslininkai iš Stanfordo , kad jei hafnio dioksido kristalinė struktūra pertvarkyta ypatingu būdu, tai (atsakingas už terpės gebėjimą perduoti elektrinį lauką) padidės daugiau nei keturis kartus. Jei naudojate tokią medžiagą kurdami tranzistorinius vartus, galite žymiai sumažinti įtaką .
Taip pat amerikiečių mokslininkai sumažinti šiuolaikinių tranzistorių dydį, naudojant hafnio ir cirkonio selenidus. Jie gali būti naudojami kaip veiksmingas tranzistorių izoliatorius vietoj silicio oksido. Selenidai yra žymiai mažesnio storio (trys atomai), išlaikant gerą juostos tarpą. Tai yra indikatorius, nustatantis tranzistoriaus energijos suvartojimą. Inžinieriai jau turi keletas veikiančių prietaisų prototipų, kurių pagrindą sudaro hafnio ir cirkonio selenidai.
Dabar inžinieriams reikia išspręsti tokių tranzistorių sujungimo problemą – sukurti jiems tinkamus mažus kontaktus. Tik po to bus galima kalbėti apie masinę gamybą.
Molibdeno disulfidas
Pats molibdeno sulfidas yra gana prastas puslaidininkis, savo savybėmis prastesnis už silicį. Tačiau grupė fizikų iš Notre Dame universiteto išsiaiškino, kad plonos molibdeno plėvelės (vieno atomo storio) pasižymi unikaliomis savybėmis – jų pagrindu sukurti tranzistoriai nepraleidžia srovės, kai jie yra išjungti, ir jiems perjungti reikia mažai energijos. Tai leidžia jiems veikti esant žemai įtampai.
Molibdeno tranzistoriaus prototipas laboratorijoje. Lawrence'as Berkeley 2016 m. Prietaisas yra tik vieno nanometro pločio. Inžinieriai teigia, kad tokie tranzistoriai padės išplėsti Moore'o dėsnį.
Taip pat pernai molibdeno disulfido tranzistorius inžinieriai iš Pietų Korėjos universiteto. Tikimasi, kad technologija bus pritaikyta OLED ekranų valdymo grandinėse. Tačiau apie masinę tokių tranzistorių gamybą kol kas nekalbama.
Nepaisant to, mokslininkai iš Stanfordo kad modernią tranzistorių gamybos infrastruktūrą galima perstatyti dirbti su „molibdeniniais“ įrenginiais minimaliomis sąnaudomis. Ar pavyks įgyvendinti tokius projektus, paaiškės ateityje.
Apie ką rašome savo Telegram kanale:
Šaltinis: www.habr.com
