Mówimy o alternatywach dla krzemu.
/ zdjęcie Unsplash
Prawo Moore’a, prawo Dennarda i reguła Coomey’a tracą na znaczeniu. Jednym z powodów jest to, że tranzystory krzemowe zbliżają się do granicy technologicznej. Omówiliśmy ten temat szczegółowo . Dziś mówimy o materiałach, które w przyszłości mogą zastąpić krzem i przedłużyć ważność trzech praw, co oznacza zwiększenie wydajności procesorów i systemów obliczeniowych, które z nich korzystają (w tym serwerów w centrach danych).
nanorurki węglowe
Nanorurki węglowe to cylindry, których ścianki składają się z jednoatomowej warstwy węgla. Promień atomów węgla jest mniejszy niż promień krzemu, dlatego tranzystory oparte na nanorurkach mają wyższą ruchliwość elektronów i gęstość prądu. W rezultacie wzrasta prędkość robocza tranzystora i maleje jego pobór mocy. Przez inżynierów z Uniwersytetu Wisconsin-Madison, produktywność wzrasta pięciokrotnie.
O tym, że nanorurki węglowe mają lepsze właściwości niż krzem, wiadomo było już od dawna – pojawiły się pierwsze tego typu tranzystory . Jednak dopiero niedawno naukowcom udało się pokonać szereg ograniczeń technologicznych, aby stworzyć wystarczająco skuteczne urządzenie. Trzy lata temu fizycy ze wspomnianego już Uniwersytetu Wisconsin zaprezentowali prototyp tranzystora na bazie nanorurek, który przewyższał współczesne urządzenia krzemowe.
Jednym z zastosowań urządzeń opartych na nanorurkach węglowych jest elastyczna elektronika. Ale jak dotąd technologia nie wyszła poza laboratorium i nie ma mowy o jej masowym wdrożeniu.
Nanowstążki grafenowe
Są to wąskie paski o szerokości kilkudziesięciu nanometrów i jeden z głównych materiałów do tworzenia tranzystorów przyszłości. Główną właściwością taśmy grafenowej jest zdolność do przyspieszania przepływającego przez nią prądu za pomocą pola magnetycznego. Jednocześnie grafen większą przewodność elektryczną niż krzem.
Na procesory oparte na tranzystorach grafenowych będą mogły pracować na częstotliwościach bliskich terahercowi. Podczas gdy częstotliwość robocza nowoczesnych chipów wynosi 4–5 gigaherców.
Pierwsze prototypy tranzystorów grafenowych . Od tego czasu inżynierowie procesy „składania” urządzeń na ich podstawie. Całkiem niedawno pierwsze wyniki uzyskano - w marcu zespół programistów z Uniwersytetu w Cambridge o uruchomieniu produkcji . Inżynierowie twierdzą, że nowe urządzenie może dziesięciokrotnie przyspieszyć działanie urządzeń elektronicznych.
Dwutlenek hafnu i selenek
Dwutlenek hafnu wykorzystuje się także do produkcji mikroukładów . Służy do wykonania warstwy izolacyjnej na bramce tranzystora. Ale dziś inżynierowie proponują wykorzystanie go do optymalizacji działania tranzystorów krzemowych.
/ zdjęcie PD
Na początku ubiegłego roku naukowcy ze Stanford , że jeśli struktura krystaliczna dwutlenku hafnu zostanie zreorganizowana w specjalny sposób, to tak (odpowiedzialny za zdolność ośrodka do przenoszenia pola elektrycznego) wzrośnie ponad czterokrotnie. Jeśli użyjesz takiego materiału podczas tworzenia bramek tranzystorowych, możesz znacznie zmniejszyć wpływ .
Także amerykańscy naukowcy zmniejszyć rozmiar nowoczesnych tranzystorów za pomocą selenków hafnu i cyrkonu. Można je stosować jako skuteczny izolator tranzystorów zamiast tlenku krzemu. Selenki mają znacznie mniejszą grubość (trzy atomy), przy jednoczesnym zachowaniu dobrego pasma wzbronionego. Jest to wskaźnik określający pobór mocy tranzystora. Inżynierowie już to zrobili kilka działających prototypów urządzeń na bazie selenków hafnu i cyrkonu.
Teraz inżynierowie muszą rozwiązać problem łączenia takich tranzystorów - opracować dla nich odpowiednie małe styki. Dopiero wtedy będzie można mówić o masowej produkcji.
Dwusiarczek molibdenu
Sam siarczek molibdenu jest raczej słabym półprzewodnikiem, który ma gorsze właściwości niż krzem. Jednak grupa fizyków z Uniwersytetu Notre Dame odkryła, że cienkie warstwy molibdenu (o grubości jednego atomu) mają wyjątkowe właściwości - oparte na nich tranzystory nie przepuszczają prądu po wyłączeniu i wymagają niewielkiej energii do przełączenia. Dzięki temu mogą pracować przy niskim napięciu.
Prototyp tranzystora molibdenowego w laboratorium. Lawrence'a Berkeleya w 2016 r. Urządzenie ma szerokość zaledwie jednego nanometra. Inżynierowie twierdzą, że takie tranzystory pomogą rozszerzyć prawo Moore'a.
W zeszłym roku także tranzystor z dwusiarczkiem molibdenu inżynierowie z południowokoreańskiego uniwersytetu. Oczekuje się, że technologia znajdzie zastosowanie w obwodach sterujących wyświetlaczy OLED. Nie ma jednak jeszcze mowy o masowej produkcji takich tranzystorów.
Mimo to naukowcy ze Stanford że nowoczesną infrastrukturę do produkcji tranzystorów można przy minimalnych kosztach przebudować do współpracy z urządzeniami „molibdenowymi”. Czy uda się zrealizować takie projekty, okaże się w przyszłości.
O czym piszemy na naszym kanale Telegram:
Źródło: www.habr.com