Govorimo o alternativah za silicij.
/ fotografija Unsplash
Moorov zakon, Dennardov zakon in Coomeyjevo pravilo izgubljajo pomen. Eden od razlogov je, da se silicijevi tranzistorji približujejo svoji tehnološki meji. O tej temi smo podrobno razpravljali . Danes govorimo o materialih, ki lahko v prihodnosti nadomestijo silicij in podaljšajo veljavnost treh zakonov, kar pomeni povečanje učinkovitosti procesorjev in računalniških sistemov, ki jih uporabljajo (vključno s strežniki v podatkovnih centrih).
Ogljikove nanocevke
Ogljikove nanocevke so valji, katerih stene so sestavljene iz monoatomske plasti ogljika. Polmer ogljikovih atomov je manjši kot pri siliciju, zato imajo tranzistorji na osnovi nanocevk večjo mobilnost elektronov in gostoto toka. Posledično se poveča hitrost delovanja tranzistorja in zmanjša njegova poraba energije. Avtor: inženirjev z univerze Wisconsin-Madison, se produktivnost poveča za petkrat.
Dejstvo, da imajo ogljikove nanocevke boljše lastnosti kot silicij, je znano že dolgo - pojavili so se prvi takšni tranzistorji . Toda šele pred kratkim je znanstvenikom uspelo premagati številne tehnološke omejitve, da bi ustvarili dovolj učinkovito napravo. Pred tremi leti so fiziki z že omenjene Univerze v Wisconsinu predstavili prototip tranzistorja na osnovi nanocevk, ki je prekašal sodobne silicijeve naprave.
Ena od aplikacij naprav, ki temeljijo na ogljikovih nanocevkah, je prilagodljiva elektronika. Toda doslej tehnologija ni presegla laboratorija in o njeni množični uporabi ni govora.
Grafenski nanotrakovi
So ozki trakovi širok nekaj deset nanometrov in eden glavnih materialov za ustvarjanje tranzistorjev prihodnosti. Glavna lastnost grafenskega traku je sposobnost pospeševanja toka, ki teče skozi njega, z uporabo magnetnega polja. Hkrati pa grafen večjo električno prevodnost kot silicij.
Na , bodo procesorji na osnovi grafenskih tranzistorjev lahko delovali na frekvencah blizu terahercev. Medtem ko je delovna frekvenca sodobnih čipov nastavljena na 4–5 gigahercev.
Prvi prototipi grafenskih tranzistorjev . Od takrat inženirji procesi »sestavljanja« naprav na njihovi osnovi. Pred kratkim so bili pridobljeni prvi rezultati - ekipa razvijalcev z Univerze v Cambridgeu marca o začetku proizvodnje . Inženirji pravijo, da lahko nova naprava kar desetkrat pospeši delovanje elektronskih naprav.
Hafnijev dioksid in selenid
Hafnijev dioksid se uporablja tudi pri proizvodnji mikrovezij . Uporablja se za izdelavo izolacijske plasti na vratih tranzistorja. Toda danes inženirji predlagajo njegovo uporabo za optimizacijo delovanja silicijevih tranzistorjev.
/ fotografija PD
V začetku lanskega leta so znanstveniki s Stanforda , da če kristalno strukturo hafnijevega dioksida reorganiziramo na poseben način, potem se (odgovoren za sposobnost medija za prenos električnega polja) se bo povečalo več kot štirikrat. Če uporabljate tak material pri ustvarjanju tranzistorskih vrat, lahko znatno zmanjšate vpliv .
Tudi ameriški znanstveniki zmanjšajte velikost sodobnih tranzistorjev z uporabo hafnijevih in cirkonijevih selenidov. Uporabljajo se lahko kot učinkovit izolator za tranzistorje namesto silicijevega oksida. Selenidi imajo bistveno manjšo debelino (trije atomi), hkrati pa ohranjajo dobro pasovno vrzel. To je indikator, ki določa porabo energije tranzistorja. Inženirji so že več delujočih prototipov naprav na osnovi hafnijevih in cirkonijevih selenidov.
Zdaj morajo inženirji rešiti problem povezovanja takšnih tranzistorjev - razviti ustrezne majhne kontakte zanje. Šele po tem bo mogoče govoriti o množični proizvodnji.
Molibdenov disulfid
Sam molibdenov sulfid je precej slab polprevodnik, ki je po lastnostih slabši od silicija. Toda skupina fizikov z Univerze Notre Dame je odkrila, da imajo tanki molibdenovi filmi (debelina enega atoma) edinstvene lastnosti - tranzistorji, ki temeljijo na njih, ne prepuščajo toka, ko so izklopljeni, in potrebujejo malo energije za preklop. To jim omogoča delovanje pri nizkih napetostih.
Prototip molibdenovega tranzistorja v laboratoriju. Lawrence Berkeley leta 2016. Naprava je široka le en nanometer. Inženirji pravijo, da bodo takšni tranzistorji pomagali razširiti Moorov zakon.
Tudi molibden disulfid tranzistor lani inženirji z južnokorejske univerze. Pričakuje se, da bo tehnologija našla uporabo v krmilnih vezjih zaslonov OLED. O množični proizvodnji takih tranzistorjev pa še ni govora.
Kljub temu so raziskovalci s Stanforda da je mogoče sodobno infrastrukturo za proizvodnjo tranzistorjev obnoviti za delo z "molibdenskimi" napravami z minimalnimi stroški. Ali bo tovrstne projekte možno uresničiti, bomo videli v prihodnosti.
O čem pišemo v našem Telegram kanalu:
Vir: www.habr.com