Говоримо про альтернативи для кремнію.
/ фото Unsplash
Закон Мура, закономірність Деннарда та правило Кумі втрачають актуальність. Одна з причин — кремнієві транзистори наближаються до своєї технологічної межі. Цю тему ми докладно розбирали . Сьогодні говоримо про матеріали, які в перспективі можуть замінити кремній і продовжити дію трьох законів, а значить — підвищити ефективність процесорів та обчислювальних систем, що їх використовують (у тому числі серверів у дата-центрах).
Вуглецеві нанотрубки
Вуглецеві нанотрубки є циліндрами, стінки яких складаються з одноатомного шару вуглецю. Радіус атомів вуглецю менше, ніж у кремнію, тому транзистори з урахуванням нанотрубок мають велику рухливість електронів і щільність струму. В результаті зростає швидкість роботи транзистора та знижується його енергоспоживання. за інженерів з університету Вісконсіна в Мадісоні, продуктивність зростає в п'ять разів.
Факт, що вуглецеві нанотрубки мають кращі характеристики, ніж відомий кремній давно — перші такі транзистори з'явилися . Але нещодавно вченим вдалося обійти ряд технологічних обмежень, щоб створити досить ефективний пристрій. Три роки тому фізики з вже згаданого університету у Вісконсіні представили прототип транзистора на базі нанотрубок, який обійшов за характеристиками сучасні пристрої.
Одним із застосувань пристроїв на основі вуглецевих нанотрубок називають гнучку електроніку. Але поки що технологія не вийшла за межі лабораторії і про її масове впровадження не йдеться.
Графенові нанострічки
Вони є вузькими смужками шириною кілька десятків нанометрів і одним із основних матеріалів для створення транзисторів майбутнього. Головна властивість графенової стрічки - можливість прискорити струм, що протікає по ній, за допомогою магнітного поля. При цьому графен більшою електропровідністю, ніж кремній.
За , процесори на основі графенових транзисторів зможуть працювати на частотах близьких до терагерця Тоді як частота роботи сучасних чіпів встановилася в межах 4-5 гігагерц.
Перші прототипи графенових транзисторів . З того часу інженери процеси «складання» пристроїв на їх основі. Нещодавно були отримані перші результати — команда розробників з Кембриджського університету в березні про запуск у виробництво . Інженери кажуть, що новий пристрій здатний прискорити роботу електронних девайсів удесятеро.
Діоксид та селенід гафнію
Діоксид гафнію застосовується у виробництві мікросхем ще . З нього роблять ізолюючий шар на транзисторному затворі. Але сьогодні інженери пропонують з його допомогою оптимізувати роботу кремнієвих транзисторів.
/ фото PD
На початку минулого року вчені зі Стенфорда якщо особливим чином реорганізувати кристалічну структуру діоксиду гафнію, то його (Відповідає за здатність середовища пропускати електричне поле) зросте більш ніж у чотири рази. Якщо використовувати такий матеріал під час створення транзисторних затворів, можна значно знизити вплив .
Також американські вчені зменшити розміри сучасних транзисторів за допомогою селенідів гафнію та цирконію. Їх можна використовувати як ефективний ізолятор для транзисторів замість оксиду кремнію. Селеніди мають значно меншу товщину (три атоми), зберігаючи хорошу ширину забороненої зони. Це показник, що визначає енергоспоживання транзистора. Інженерам уже кілька працюючих прототипів пристроїв на основі селенідів гафнію та цирконію.
Зараз інженерам необхідно вирішити проблему з'єднання таких транзисторів — розробити для них відповідні контакти невеликих розмірів. Тільки після цього можна буде говорити про масове виробництво.
Дисульфід молібдену
Сам по собі сульфід молібдену досить поганий напівпровідник, який поступається властивостями кремнію. Але група фізиків з університету Нотр-Дам виявила, що тонкі молібденові плівки (товщиною в один атом) мають унікальні якості — транзистори на їх основі не пропускають струм у вимкненому стані і вимагають мало енергії на перемикання. Це дозволяє їм працювати за низьких напруг.
Прототип молібденового транзистора у лабораторії ім. Лоуренс в Берклі в 2016 році. Ширина пристрою становить лише один нанометр. Інженери кажуть, такі транзистори допоможуть продовжити дію закону Мура.
Також транзистор на основі дисульфіду молібдену минулого року інженери із південнокорейського університету. Очікується, що технологія знайде застосування в ланцюгах управління OLED-дисплеїв. Однак про масове виробництво подібних транзисторів поки що говорити не доводиться.
Незважаючи на це дослідники зі Стенфорда , Що сучасну інфраструктуру з виробництва транзисторів можна з мінімальними витратами перебудувати працювати з «молібденовими» пристроями. Чи вдасться реалізувати подібні проекти, доведеться побачити в майбутньому.
Про що ми пишемо у нашому Telegram-каналі:
Джерело: habr.com