„Надминување“ на Муровиот закон: Транзисторски технологии на иднината

Зборуваме за алтернативи за силикон.

/ фотографија Лора Окел Unsplash

Законот на Мур, Законот на Денард и правилото на Куми ја губат важноста. Една од причините е што силиконските транзистори се приближуваат до својата технолошка граница. Детално разговаравме за оваа тема во претходен пост. Денес зборуваме за материјали кои во иднина можат да го заменат силиконот и да ја продолжат важноста на трите закони, што значи зголемување на ефикасноста на процесорите и компјутерските системи што ги користат (вклучувајќи ги и серверите во центрите за податоци).



Јаглеродни наноцевки

Јаглеродните наноцевки се цилиндри чии ѕидови се состојат од монатомски слој од јаглерод. Радиусот на јаглеродните атоми е помал од оној на силициумот, така што транзисторите базирани на наноцевки имаат поголема подвижност на електроните и густина на струјата. Како резултат на тоа, работната брзина на транзисторот се зголемува и неговата потрошувачка на енергија се намалува. Од страна на според инженери од Универзитетот во Висконсин-Медисон, продуктивноста се зголемува петкратно.

Дека јаглеродните наноцевки имаат подобри карактеристики од силиконот е познат одамна - се појавија првите такви транзистори пред повеќе од 20 години. Но, дури неодамна научниците успеаја да надминат голем број технолошки ограничувања со цел да создадат доволно ефикасен уред. Пред три години, физичарите од веќе споменатиот Универзитет во Висконсин претставија прототип на транзистор базиран на наноцевки, кој ги надмина современите силиконски уреди.

Една од апликациите на уредите базирани на јаглеродни наноцевки е флексибилната електроника. Но, досега технологијата не отиде подалеку од лабораторија и не се зборува за нејзина масовна имплементација.

Графенски наноленти

Тие се тесни ленти графен широки неколку десетици нанометри и се сметаат еден од главните материјали за создавање транзистори на иднината. Главното својство на графенската лента е способноста да се забрза струјата што тече низ неа со помош на магнетно поле. Во исто време, графен има 250 пати поголема електрична спроводливост од силициумот.

На некои податоци, процесорите базирани на графен транзистори ќе можат да работат на фреквенции блиски до терахерци. Додека работната фреквенција на современите чипови е поставена на 4–5 гигахерци.

Првите прототипови на графен транзистори се појави пред десет години. Оттогаш инженери обидувајќи се да се оптимизира процеси на „склопување“ уреди врз основа на нив. Неодамна беа добиени првите резултати - тим на програмери од Универзитетот во Кембриџ во март објави за лансирање во производство првиот графин чипс. Инженерите велат дека новиот уред може десеткратно да ја забрза работата на електронските уреди.

Хафниум диоксид и селенид

Хафниум диоксид исто така се користи во производството на микроциркути од 2007 година. Се користи за да се направи изолационен слој на портата на транзистор. Но, денес инженерите предлагаат да се користи за да се оптимизира работата на силиконските транзистори.

/ фотографија Фрицченс Фриц PD

На почетокот на минатата година, научниците од Стенфорд откриени, дека ако кристалната структура на хафниум диоксидот се реорганизира на посебен начин, тогаш тоа електрична константа (одговорен за способноста на медиумот да пренесува електрично поле) ќе се зголеми повеќе од четири пати. Ако користите таков материјал кога креирате транзистори порти, може значително да го намалите влијанието ефект на тунел.

Исто така и американските научници најде начин намалете ја големината на современите транзистори користејќи селениди на хафниум и циркониум. Тие можат да се користат како ефикасен изолатор за транзистори наместо силициум оксид. Селенидите имаат значително помала дебелина (три атоми), додека одржуваат добар јаз во појасот. Ова е индикатор кој ја одредува потрошувачката на енергија на транзисторот. Инженерите веќе имаат успеа да создаде неколку работни прототипови на уреди базирани на хафниум и циркониум селениди.

Сега инженерите треба да го решат проблемот со поврзувањето на таквите транзистори - да развијат соодветни мали контакти за нив. Дури после ова ќе може да се зборува за масовно производство.

Молибден дисулфид

Самиот молибден сулфид е прилично лош полупроводник, кој е инфериорен во својствата на силициумот. Но, група физичари од Универзитетот во Нотр Дам открија дека тенките молибденски филмови (дебели еден атом) имаат уникатни својства - транзисторите базирани на нив не поминуваат струја кога се исклучени и бараат малку енергија за да се префрлат. Ова им овозможува да работат на низок напон.

Прототип на молибден транзистор развиена во лабораторија. Лоренс Беркли во 2016 година. Уредот е широк само еден нанометар. Инженерите велат дека таквите транзистори ќе помогнат да се прошири Муровиот закон.

Исто така транзистор од молибден дисулфид минатата година презентирани инженери од јужнокорејски универзитет. Се очекува технологијата да најде примена во контролните кола на OLED дисплеите. Сепак, се уште не се зборува за масовно производство на вакви транзистори.

И покрај ова, истражувачите од Стенфорд тврдатдека модерната инфраструктура за производство на транзистори може повторно да се изгради за да работи со уреди од „молибден“ со минимални трошоци. Дали ќе може да се реализираат вакви проекти останува да видиме во иднина.

За што пишуваме на нашиот Telegram канал:

• Како давателот на IaaS ги штити личните податоци на компаниите-клиенти
• По настанот VMware EMPOWER 2019: учење на основите на Workspace ONE
• Една година подоцна - кој доби казни според GDPR
• Како работат центрите за податоци - нови процесори
• Како работат центрите за податоци: технолошки трендови од последниве години
• Како да се заштити IoT мрежата: отворен код ќе помогне

Извор: www.habr.com