Estamos falando de alternativas ao silício.
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A Lei de Moore, a Lei de Dennard e a Regra de Coomey estão perdendo relevância. Uma razão é que os transistores de silício estão se aproximando do seu limite tecnológico. Discutimos este tópico em detalhes . Hoje falamos de materiais que no futuro podem substituir o silício e prolongar a validade das três leis, o que significa aumentar a eficiência dos processadores e dos sistemas computacionais que os utilizam (incluindo servidores em data centers).
nanotubos de carbono
Nanotubos de carbono são cilindros cujas paredes consistem em uma camada monoatômica de carbono. O raio dos átomos de carbono é menor que o do silício, então os transistores baseados em nanotubos têm maior mobilidade eletrônica e densidade de corrente. Como resultado, a velocidade operacional do transistor aumenta e seu consumo de energia diminui. Por engenheiros da Universidade de Wisconsin-Madison, a produtividade aumenta cinco vezes.
O fato de os nanotubos de carbono terem características melhores que o silício é conhecido há muito tempo - surgiram os primeiros transistores desse tipo . Mas só recentemente os cientistas conseguiram superar uma série de limitações tecnológicas para criar um dispositivo suficientemente eficaz. Há três anos, físicos da já citada Universidade de Wisconsin apresentaram um protótipo de transistor baseado em nanotubos, que superava os dispositivos modernos de silício.
Uma aplicação de dispositivos baseados em nanotubos de carbono é a eletrônica flexível. Mas até agora a tecnologia não foi além do laboratório e não se fala em sua implementação em massa.
Nanofitas de grafeno
São tiras estreitas várias dezenas de nanômetros de largura e um dos principais materiais para a criação de transistores do futuro. A principal propriedade da fita de grafeno é a capacidade de acelerar a corrente que flui através dela usando um campo magnético. Ao mesmo tempo, o grafeno maior condutividade elétrica do que o silício.
Em , processadores baseados em transistores de grafeno poderão operar em frequências próximas a terahertz. Enquanto a frequência operacional dos chips modernos é definida em 4–5 gigahertz.
Os primeiros protótipos de transistores de grafeno . Desde então engenheiros processos de “montagem” de dispositivos baseados neles. Muito recentemente, foram obtidos os primeiros resultados - uma equipe de desenvolvedores da Universidade de Cambridge em março sobre o lançamento em produção . Os engenheiros dizem que o novo dispositivo pode acelerar dez vezes a operação de dispositivos eletrônicos.
Dióxido de háfnio e seleneto
O dióxido de háfnio também é utilizado na produção de microcircuitos . É usado para fazer uma camada isolante em uma porta de transistor. Mas hoje os engenheiros propõem usá-lo para otimizar a operação dos transistores de silício.
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No início do ano passado, cientistas de Stanford , que se a estrutura cristalina do dióxido de háfnio for reorganizada de uma maneira especial, então (responsável pela capacidade do meio de transmitir um campo elétrico) aumentará mais de quatro vezes. Se você usar esse material ao criar portas de transistor, poderá reduzir significativamente a influência .
Também cientistas americanos reduzir o tamanho dos transistores modernos usando selenetos de háfnio e zircônio. Eles podem ser usados como um isolante eficaz para transistores em vez de óxido de silício. Os selenetos têm uma espessura significativamente menor (três átomos), embora mantenham um bom gap. Este é um indicador que determina o consumo de energia do transistor. Os engenheiros já vários protótipos funcionais de dispositivos baseados em selenetos de háfnio e zircônio.
Agora os engenheiros precisam resolver o problema de conectar esses transistores - desenvolver pequenos contatos apropriados para eles. Só depois disso será possível falar em produção em massa.
Dissulfeto de molibdênio
O próprio sulfeto de molibdênio é um semicondutor bastante pobre, com propriedades inferiores ao silício. Mas um grupo de físicos da Universidade de Notre Dame descobriu que os filmes finos de molibdênio (com a espessura de um átomo) têm propriedades únicas - os transistores baseados neles não passam corrente quando desligados e requerem pouca energia para mudar. Isso permite que eles operem em baixas tensões.
Protótipo de transistor de molibdênio no laboratório. Lawrence Berkeley em 2016. O dispositivo tem apenas um nanômetro de largura. Os engenheiros dizem que esses transistores ajudarão a estender a Lei de Moore.
Também transistor de dissulfeto de molibdênio no ano passado engenheiros de uma universidade sul-coreana. Espera-se que a tecnologia encontre aplicação em circuitos de controle de displays OLED. No entanto, ainda não se fala em produção em massa de tais transistores.
Apesar disso, pesquisadores de Stanford que a infraestrutura moderna para a produção de transistores pode ser reconstruída para funcionar com dispositivos de “molibdênio” a um custo mínimo. Resta saber se será possível implementar tais projetos no futuro.
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Fonte: habr.com