We hebben het over alternatieven voor silicium.
/ foto Unsplash
De wet van Moore, de wet van Dennard en de regel van Coomey verliezen hun relevantie. Eén reden is dat siliciumtransistors hun technologische limiet naderen. We hebben dit onderwerp uitgebreid besproken . Vandaag hebben we het over materialen die in de toekomst silicium kunnen vervangen en de geldigheid van de drie wetten kunnen vergroten, wat betekent dat de efficiëntie van processors en de computersystemen die ze gebruiken (inclusief servers in datacenters) moet worden verhoogd.
Koolstof nanobuisjes
Koolstofnanobuisjes zijn cilinders waarvan de wanden bestaan uit een mono-atomaire laag koolstof. De straal van koolstofatomen is kleiner dan die van silicium, dus op nanobuisjes gebaseerde transistors hebben een hogere elektronenmobiliteit en stroomdichtheid. Als gevolg hiervan neemt de werksnelheid van de transistor toe en neemt het energieverbruik af. Door ingenieurs van de Universiteit van Wisconsin-Madison wordt de productiviteit vervijfvoudigd.
Het feit dat koolstofnanobuisjes betere eigenschappen hebben dan silicium is al lang bekend - de eerste van dergelijke transistors verschenen . Maar pas onlangs zijn wetenschappers erin geslaagd een aantal technologische beperkingen te overwinnen om een voldoende effectief apparaat te creëren. Drie jaar geleden presenteerden natuurkundigen van de al genoemde Universiteit van Wisconsin een prototype van een op nanobuisjes gebaseerde transistor, die beter presteerde dan moderne siliciumapparaten.
Een toepassing van apparaten op basis van koolstofnanobuisjes is flexibele elektronica. Maar tot nu toe is de technologie niet verder gegaan dan het laboratorium en is er geen sprake van massale implementatie ervan.
Grafeen nanolinten
Het zijn smalle stroken enkele tientallen nanometers breed en een van de belangrijkste materialen voor het maken van transistors van de toekomst. De belangrijkste eigenschap van grafeentape is het vermogen om de stroom die er doorheen vloeit te versnellen met behulp van een magnetisch veld. Tegelijkertijd grafeen grotere elektrische geleidbaarheid dan silicium.
Op zullen processors op basis van grafeentransistors kunnen werken op frequenties dichtbij terahertz. Terwijl de werkfrequentie van moderne chips is vastgesteld op 4 à 5 gigahertz.
De eerste prototypes van grafeentransistors . Sindsdien ingenieurs processen van het ‘assembleren’ van apparaten die daarop zijn gebaseerd. Zeer onlangs werden de eerste resultaten verkregen: een team van ontwikkelaars van de Universiteit van Cambridge in maart over de lancering in productie . Ingenieurs zeggen dat het nieuwe apparaat de werking van elektronische apparaten kan vertienvoudigen.
Hafniumdioxide en selenide
Hafniumdioxide wordt ook gebruikt bij de productie van microschakelingen . Het wordt gebruikt om een isolatielaag op een transistorpoort te maken. Maar vandaag stellen ingenieurs voor om het te gebruiken om de werking van siliciumtransistors te optimaliseren.
/ foto PD
Begin vorig jaar zeiden wetenschappers van Stanford , dat als de kristalstructuur van hafniumdioxide op een speciale manier wordt gereorganiseerd, dat ook het geval is (verantwoordelijk voor het vermogen van het medium om een elektrisch veld over te brengen) zal meer dan vier keer toenemen. Als u een dergelijk materiaal gebruikt bij het maken van transistorpoorten, kunt u de invloed aanzienlijk verminderen .
Ook Amerikaanse wetenschappers verklein de grootte van moderne transistors met behulp van hafnium- en zirkoniumseleniden. Ze kunnen worden gebruikt als effectieve isolator voor transistors in plaats van siliciumoxide. Seleniden hebben een aanzienlijk kleinere dikte (drie atomen), terwijl ze een goede bandafstand behouden. Dit is een indicator die het stroomverbruik van de transistor bepaalt. Ingenieurs hebben dat al gedaan verschillende werkende prototypes van apparaten op basis van hafnium- en zirkoniumseleniden.
Nu moeten ingenieurs het probleem van het aansluiten van dergelijke transistors oplossen - om er geschikte kleine contacten voor te ontwikkelen. Pas daarna is het mogelijk om over massaproductie te praten.
Molybdeendisulfide
Molybdeensulfide zelf is een tamelijk slechte halfgeleider, die qua eigenschappen inferieur is aan silicium. Maar een groep natuurkundigen van de Universiteit van Notre Dame ontdekte dat dunne molybdeenfilms (één atoom dik) unieke eigenschappen hebben: daarop gebaseerde transistors laten geen stroom door als ze zijn uitgeschakeld en hebben weinig energie nodig om te schakelen. Hierdoor kunnen ze op lage spanningen werken.
Prototype van een molybdeentransistor in het laboratorium. Lawrence Berkeley in 2016. Het apparaatje is slechts één nanometer breed. Ingenieurs zeggen dat dergelijke transistors de wet van Moore zullen helpen uitbreiden.
Vorig jaar ook een molybdeendisulfide-transistor ingenieurs van een Zuid-Koreaanse universiteit. De technologie zal naar verwachting toepassing vinden in besturingscircuits van OLED-schermen. Er is echter nog geen sprake van massaproductie van dergelijke transistors.
Desondanks zeggen onderzoekers van Stanford dat de moderne infrastructuur voor de productie van transistors tegen minimale kosten kan worden omgebouwd om te werken met ‘molybdeen’-apparaten. Of het mogelijk zal zijn om dergelijke projecten uit te voeren, valt in de toekomst te bezien.
Waar we over schrijven in ons Telegram-kanaal:
Bron: www.habr.com