เรากำลังพูดถึงทางเลือกอื่นสำหรับซิลิคอน
/ รูปถ่าย Unsplash
กฎของมัวร์ กฎของเดนนาร์ด และกฎของคูมีย์ กำลังสูญเสียความเกี่ยวข้อง เหตุผลหนึ่งก็คือ ทรานซิสเตอร์ซิลิคอนกำลังใกล้ถึงขีดจำกัดทางเทคโนโลยีแล้ว เราได้พูดคุยกันในหัวข้อนี้โดยละเอียด . วันนี้เรากำลังพูดถึงวัสดุที่สามารถแทนที่ซิลิคอนได้ในอนาคตและขยายความถูกต้องของกฎหมายทั้งสามฉบับ ซึ่งหมายถึงการเพิ่มประสิทธิภาพของโปรเซสเซอร์และระบบคอมพิวเตอร์ที่ใช้สิ่งเหล่านี้ (รวมถึงเซิร์ฟเวอร์ในศูนย์ข้อมูล)
ท่อนาโนคาร์บอน
ท่อนาโนคาร์บอนเป็นทรงกระบอกที่ผนังประกอบด้วยชั้นคาร์บอนเชิงเดี่ยว รัศมีของอะตอมคาร์บอนมีขนาดเล็กกว่ารัศมีของซิลิคอน ดังนั้นทรานซิสเตอร์ที่ใช้ท่อนาโนจึงมีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนและความหนาแน่นกระแสสูงกว่า เป็นผลให้ความเร็วในการทำงานของทรานซิสเตอร์เพิ่มขึ้นและการใช้พลังงานลดลง โดย วิศวกรจากมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน-เมดิสัน ผลผลิตเพิ่มขึ้นห้าเท่า
ความจริงที่ว่าท่อนาโนคาร์บอนมีคุณสมบัติที่ดีกว่าซิลิคอนเป็นที่ทราบกันมานานแล้ว - ทรานซิสเตอร์ตัวแรกปรากฏขึ้น . แต่เมื่อไม่นานมานี้นักวิทยาศาสตร์สามารถเอาชนะข้อจำกัดทางเทคโนโลยีหลายประการเพื่อสร้างอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพเพียงพอ เมื่อสามปีที่แล้ว นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยวิสคอนซินที่กล่าวไปแล้วได้นำเสนอต้นแบบของทรานซิสเตอร์ที่ใช้ท่อนาโน ซึ่งมีประสิทธิภาพเหนือกว่าอุปกรณ์ซิลิคอนสมัยใหม่
แอปพลิเคชั่นหนึ่งของอุปกรณ์ที่ใช้ท่อนาโนคาร์บอนคืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความยืดหยุ่น แต่จนถึงขณะนี้เทคโนโลยียังไม่ได้ไปไกลกว่าห้องปฏิบัติการและไม่มีการพูดถึงการใช้งานในวงกว้าง
กราฟีนนาโนริบบอน
เป็นแถบแคบๆ กว้างหลายสิบนาโนเมตรและ หนึ่งในวัสดุหลักในการสร้างทรานซิสเตอร์แห่งอนาคต คุณสมบัติหลักของเทปกราฟีนคือความสามารถในการเร่งกระแสที่ไหลผ่านโดยใช้สนามแม่เหล็ก ในเวลาเดียวกันกราฟีน การนำไฟฟ้าได้ดีกว่าซิลิคอน
บน โปรเซสเซอร์ที่ใช้ทรานซิสเตอร์กราฟีนจะสามารถทำงานที่ความถี่ใกล้กับเทระเฮิรตซ์ได้ ในขณะที่ความถี่การทำงานของชิปสมัยใหม่ตั้งไว้ที่ 4–5 กิกะเฮิรตซ์
ต้นแบบแรกของทรานซิสเตอร์กราฟีน . ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมาวิศวกร กระบวนการ "ประกอบ" อุปกรณ์ตามอุปกรณ์เหล่านั้น เมื่อเร็ว ๆ นี้ได้รับผลลัพธ์แรก - ทีมนักพัฒนาจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในเดือนมีนาคม เกี่ยวกับการเปิดตัวสู่การผลิต . วิศวกรกล่าวว่าอุปกรณ์ใหม่นี้สามารถเร่งการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้สิบเท่า
แฮฟเนียมไดออกไซด์และเซเลไนด์
แฮฟเนียมไดออกไซด์ยังใช้ในการผลิตไมโครวงจร . มันถูกใช้เพื่อสร้างชั้นฉนวนบนประตูทรานซิสเตอร์ แต่ปัจจุบันวิศวกรเสนอให้ใช้มันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของทรานซิสเตอร์ซิลิคอน
/ รูปถ่าย PD
เมื่อต้นปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด ซึ่งถ้าโครงสร้างผลึกของแฮฟเนียมไดออกไซด์ถูกจัดโครงสร้างใหม่ในลักษณะพิเศษแล้วล่ะก็ (รับผิดชอบความสามารถของตัวกลางในการส่งสนามไฟฟ้า) จะเพิ่มขึ้นมากกว่าสี่เท่า หากคุณใช้วัสดุดังกล่าวเมื่อสร้างประตูทรานซิสเตอร์ คุณสามารถลดอิทธิพลได้อย่างมาก .
นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันอีกด้วย ลดขนาดของทรานซิสเตอร์สมัยใหม่โดยใช้แฮฟเนียมและเซอร์โคเนียมเซเลไนด์ สามารถใช้เป็นฉนวนที่มีประสิทธิภาพสำหรับทรานซิสเตอร์แทนซิลิคอนออกไซด์ เซเลไนด์มีความหนาน้อยกว่ามาก (สามอะตอม) ขณะเดียวกันก็รักษาช่องว่างของแถบความถี่ที่ดี นี่เป็นตัวบ่งชี้ที่กำหนดการใช้พลังงานของทรานซิสเตอร์ วิศวกรก็มีแล้ว ต้นแบบการทำงานหลายอย่างของอุปกรณ์ที่ใช้แฮฟเนียมและเซอร์โคเนียมเซเลไนด์
ตอนนี้วิศวกรจำเป็นต้องแก้ปัญหาการเชื่อมต่อทรานซิสเตอร์ดังกล่าว - เพื่อพัฒนาหน้าสัมผัสขนาดเล็กที่เหมาะสมสำหรับพวกเขา หลังจากนี้จึงจะสามารถพูดคุยเกี่ยวกับการผลิตจำนวนมากได้
โมลิบดีนัมซัลไฟด์
โมลิบดีนัมซัลไฟด์นั้นเป็นเซมิคอนดักเตอร์ที่ค่อนข้างแย่ซึ่งมีคุณสมบัติด้อยกว่าซิลิคอน แต่นักฟิสิกส์กลุ่มหนึ่งจากมหาวิทยาลัยนอเทรอดามค้นพบว่าฟิล์มโมลิบดีนัมบาง ๆ (หนาหนึ่งอะตอม) มีคุณสมบัติพิเศษ - ทรานซิสเตอร์ที่ใช้ฟิล์มเหล่านี้จะไม่ผ่านกระแสเมื่อปิดและต้องใช้พลังงานเพียงเล็กน้อยในการเปลี่ยน ทำให้สามารถทำงานที่แรงดันไฟฟ้าต่ำได้
ต้นแบบทรานซิสเตอร์โมลิบดีนัม ในห้องปฏิบัติการ ลอว์เรนซ์ เบิร์กลีย์ ในปี 2016 อุปกรณ์มีความกว้างเพียงหนึ่งนาโนเมตร วิศวกรกล่าวว่าทรานซิสเตอร์ดังกล่าวจะช่วยยืดอายุกฎของมัวร์
นอกจากนี้ทรานซิสเตอร์โมลิบดีนัมไดซัลไฟด์เมื่อปีที่แล้ว วิศวกรจากมหาวิทยาลัยเกาหลีใต้ เทคโนโลยีนี้คาดว่าจะพบการใช้งานในวงจรควบคุมของจอแสดงผล OLED อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีการพูดคุยเกี่ยวกับการผลิตทรานซิสเตอร์ดังกล่าวเป็นจำนวนมาก
อย่างไรก็ตามเรื่องนี้นักวิจัยจากสแตนฟอร์ด โครงสร้างพื้นฐานสมัยใหม่สำหรับการผลิตทรานซิสเตอร์สามารถสร้างขึ้นใหม่เพื่อทำงานกับอุปกรณ์ "โมลิบดีนัม" ได้ด้วยต้นทุนที่ต่ำที่สุด ส่วนโครงการดังกล่าวจะสามารถดำเนินไปได้หรือไม่นั้นต้องรอติดตามกันต่อไป
สิ่งที่เราเขียนเกี่ยวกับในช่องโทรเลขของเรา:
ที่มา: will.com