Hovoríme o alternatívach pre kremík.
/ foto Unsplash
Moorov zákon, Dennardov zákon a Coomeyho pravidlo strácajú na aktuálnosti. Jedným z dôvodov je, že kremíkové tranzistory sa blížia k svojmu technologickému limitu. Túto tému sme podrobne rozobrali . Dnes hovoríme o materiáloch, ktoré môžu v budúcnosti nahradiť kremík a predĺžiť platnosť troch zákonov, čo znamená zvýšenie efektivity procesorov a výpočtových systémov, ktoré ich využívajú (vrátane serverov v dátových centrách).
Uhlíkové nanorúrky
Uhlíkové nanorúrky sú valce, ktorých steny pozostávajú z monatomickej vrstvy uhlíka. Polomer atómov uhlíka je menší ako polomer kremíka, takže tranzistory na báze nanorúrok majú vyššiu mobilitu elektrónov a hustotu prúdu. V dôsledku toho sa zvyšuje prevádzková rýchlosť tranzistora a znižuje sa jeho spotreba energie. Autor: inžinieri z University of Wisconsin-Madison sa produktivita zvyšuje päťnásobne.
To, že uhlíkové nanorúrky majú lepšie vlastnosti ako kremík, je známe už dlho – objavili sa prvé takéto tranzistory . No len nedávno sa vedcom podarilo prekonať množstvo technologických obmedzení, aby vytvorili dostatočne efektívne zariadenie. Fyzici z už spomínanej Wisconsinskej univerzity pred tromi rokmi predstavili prototyp tranzistora na báze nanorúrok, ktorý prekonal moderné kremíkové zariadenia.
Jednou z aplikácií zariadení na báze uhlíkových nanorúrok je flexibilná elektronika. Technológia ale zatiaľ nepresahuje rámec laboratória a nehovorí sa o jej masovej implementácii.
Grafénové nanostuhy
Sú to úzke pásiky niekoľko desiatok nanometrov široký a jeden z hlavných materiálov na vytváranie tranzistorov budúcnosti. Hlavnou vlastnosťou grafénovej pásky je schopnosť urýchliť prúd, ktorý ňou prechádza, pomocou magnetického poľa. Zároveň grafén väčšia elektrická vodivosť ako kremík.
Na , budú procesory založené na grafénových tranzistoroch schopné pracovať pri frekvenciách blízkych terahertzom. Zatiaľ čo prevádzková frekvencia moderných čipov je nastavená na 4–5 gigahertzov.
Prvé prototypy grafénových tranzistorov . Odvtedy inžinieri procesy „montáže“ zariadení na nich založených. Veľmi nedávno boli získané prvé výsledky - tím vývojárov z University of Cambridge v marci o spustení do výroby . Inžinieri tvrdia, že nové zariadenie môže desaťnásobne zrýchliť prevádzku elektronických zariadení.
Oxid hafničitý a selenid
Oxid hafničitý sa používa aj pri výrobe mikroobvodov . Používa sa na výrobu izolačnej vrstvy na hradle tranzistora. Dnes však inžinieri navrhujú jeho použitie na optimalizáciu činnosti kremíkových tranzistorov.
/ foto PD
Začiatkom minulého roka vedci zo Stanfordu , že ak je kryštalická štruktúra oxidu hafničitého reorganizovaná špeciálnym spôsobom, potom to (zodpovedný za schopnosť média prenášať elektrické pole) sa zvýši viac ako štvornásobne. Ak použijete takýto materiál pri vytváraní tranzistorových brán, môžete výrazne znížiť vplyv .
Aj americkí vedci zmenšiť veľkosť moderných tranzistorov pomocou selenidov hafnia a zirkónu. Môžu byť použité ako účinný izolátor pre tranzistory namiesto oxidu kremičitého. Selenidy majú výrazne menšiu hrúbku (tri atómy), pri zachovaní dobrého zakázaného pásma. Toto je indikátor, ktorý určuje spotrebu energie tranzistora. Inžinieri už áno niekoľko funkčných prototypov zariadení na báze selenidov hafnia a zirkónia.
Teraz musia inžinieri vyriešiť problém pripojenia takýchto tranzistorov - vyvinúť pre ne vhodné malé kontakty. Až potom bude možné hovoriť o hromadnej výrobe.
Disulfid molybdénu
Samotný sulfid molybdénu je dosť slabý polovodič, ktorý má horšie vlastnosti ako kremík. Ale skupina fyzikov z University of Notre Dame zistila, že tenké molybdénové filmy (hrúbka jedného atómu) majú jedinečné vlastnosti - tranzistory založené na nich neprechádzajú prúdom, keď sú vypnuté a vyžadujú len málo energie na spínanie. To im umožňuje pracovať pri nízkom napätí.
Prototyp molybdénového tranzistora v laboratóriu. Lawrence Berkeley v roku 2016. Zariadenie je široké iba jeden nanometer. Inžinieri tvrdia, že takéto tranzistory pomôžu rozšíriť Mooreov zákon.
Minulý rok tiež tranzistor s disulfidom molybdénu inžinieri z juhokórejskej univerzity. Očakáva sa, že technológia nájde uplatnenie v riadiacich obvodoch OLED displejov. O masovej výrobe takýchto tranzistorov sa však zatiaľ nehovorí.
Napriek tomu výskumníci zo Stanfordu že modernú infraštruktúru na výrobu tranzistorov možno prebudovať na prácu s „molybdénovými“ zariadeniami s minimálnymi nákladmi. Či bude možné takéto projekty realizovať, ukáže budúcnosť.
O čom píšeme na našom telegramovom kanáli:
Zdroj: hab.com