Vorbim despre alternative pentru siliciu.
/ fotografie Unsplash
Legea lui Moore, legea lui Dennard și regula lui Coomey își pierd relevanța. Un motiv este că tranzistoarele de siliciu se apropie de limita lor tehnologică. Am discutat acest subiect în detaliu . Astăzi vorbim despre materiale care în viitor pot înlocui siliciul și extinde valabilitatea celor trei legi, ceea ce înseamnă creșterea eficienței procesoarelor și a sistemelor de calcul care le folosesc (inclusiv serverele din centrele de date).
Nanotuburi de carbon
Nanotuburile de carbon sunt cilindri ai căror pereți constau dintr-un strat monoatomic de carbon. Raza atomilor de carbon este mai mică decât cea a siliciului, astfel încât tranzistoarele pe bază de nanotuburi au o mobilitate mai mare a electronilor și o densitate de curent mai mare. Ca urmare, viteza de funcționare a tranzistorului crește și consumul de energie scade. De inginerii de la Universitatea din Wisconsin-Madison, productivitatea crește de cinci ori.
Faptul că nanotuburile de carbon au caracteristici mai bune decât siliciul este cunoscut de mult timp - au apărut primii astfel de tranzistori . Dar doar recent oamenii de știință au reușit să depășească o serie de limitări tehnologice pentru a crea un dispozitiv suficient de eficient. În urmă cu trei ani, fizicienii de la deja menționată Universitatea din Wisconsin au prezentat un prototip al unui tranzistor pe bază de nanotuburi, care a depășit dispozitivele moderne de siliciu.
O aplicație a dispozitivelor bazate pe nanotuburi de carbon este electronica flexibilă. Dar până acum tehnologia nu a depășit laboratorul și nu se vorbește despre implementarea sa în masă.
Nanoribbonuri de grafen
Sunt benzi înguste lățime de câteva zeci de nanometri și unul dintre principalele materiale pentru crearea tranzistoarelor viitorului. Principala proprietate a benzii de grafen este capacitatea de a accelera curentul care trece prin ea folosind un câmp magnetic. În același timp, grafen conductivitate electrică mai mare decât siliciul.
Pe , procesoarele bazate pe tranzistori cu grafen vor putea funcționa la frecvențe apropiate de teraherți. În timp ce frecvența de operare a cipurilor moderne este setată la 4-5 gigaherți.
Primele prototipuri de tranzistoare cu grafen . De atunci ingineri procese de „asamblare” a dispozitivelor pe baza acestora. Foarte recent, au fost obținute primele rezultate - o echipă de dezvoltatori de la Universitatea din Cambridge în martie despre lansarea în producție . Inginerii spun că noul dispozitiv poate accelera de zece ori funcționarea dispozitivelor electronice.
Dioxid de hafniu și seleniură
Dioxidul de hafniu este, de asemenea, utilizat în producția de microcircuite . Este folosit pentru a face un strat izolator pe o poartă a tranzistorului. Dar astăzi inginerii propun să-l folosească pentru a optimiza funcționarea tranzistoarelor cu siliciu.
/ fotografie PD
La începutul anului trecut, oamenii de știință de la Stanford , că dacă structura cristalină a dioxidului de hafniu este reorganizată într-un mod special, atunci (responsabil pentru capacitatea mediului de a transmite un câmp electric) va crește de peste patru ori. Dacă utilizați un astfel de material atunci când creați porți de tranzistor, puteți reduce semnificativ influența .
De asemenea, oamenii de știință americani reduceți dimensiunea tranzistoarelor moderne folosind seleniuri de hafniu și zirconiu. Ele pot fi folosite ca un izolator eficient pentru tranzistori în loc de oxid de siliciu. Selenurile au o grosime semnificativ mai mică (trei atomi), menținând în același timp un interval bun de bandă. Acesta este un indicator care determină consumul de energie al tranzistorului. Inginerii au făcut-o deja câteva prototipuri de lucru ale dispozitivelor pe bază de seleniuri de hafniu și zirconiu.
Acum inginerii trebuie să rezolve problema conectării unor astfel de tranzistori - să dezvolte contacte mici adecvate pentru ei. Abia după aceasta se va putea vorbi despre producția de masă.
Disulfură de molibden
Sulfura de molibden în sine este un semiconductor destul de slab, care este inferioară ca proprietăți față de siliciu. Dar un grup de fizicieni de la Universitatea Notre Dame a descoperit că peliculele subțiri de molibden (grosime de un atom) au proprietăți unice - tranzistoarele bazate pe acestea nu trec curent atunci când sunt oprite și necesită puțină energie pentru a comuta. Acest lucru le permite să funcționeze la tensiuni scăzute.
Prototip de tranzistor din molibden în laborator. Lawrence Berkeley în 2016. Dispozitivul are doar un nanometru lățime. Inginerii spun că astfel de tranzistori vor ajuta la extinderea Legii lui Moore.
De asemenea, tranzistorul cu bisulfură de molibden anul trecut ingineri de la o universitate sud-coreeană. Este de așteptat ca tehnologia să găsească aplicație în circuitele de control ale afișajelor OLED. Cu toate acestea, nu se vorbește încă despre producția în masă a unor astfel de tranzistori.
În ciuda acestui fapt, cercetătorii de la Stanford că infrastructura modernă pentru producția de tranzistori poate fi reconstruită pentru a funcționa cu dispozitive „molibden” la costuri minime. Dacă va fi posibilă implementarea unor astfel de proiecte, rămâne de văzut în viitor.
Despre ce scriem pe canalul nostru Telegram:
Sursa: www.habr.com