🥇“克服”摩尔定律：未来的晶体管技术

摩尔定律、登纳德定律和库米定律正在失去意义。原因之一是硅晶体管正在接近其技术极限。我们详细讨论了这个话题在上一篇文章中。今天我们谈论的是未来可以取代硅并延长三大定律有效性的材料，这意味着提高处理器和使用它们的计算系统（包括数据中心的服务器）的效率。
 

碳纳米管

碳纳米管是圆柱体，其壁由碳单原子层组成。碳原子的半径比硅的半径小，因此基于纳米管的晶体管具有更高的电子迁移率和电流密度。结果，晶体管的工作速度提高并且功耗降低。经过根据威斯康星大学麦迪逊分校的工程师表示，生产力提高了五倍。

碳纳米管比硅具有更好的特性这一事实早已为人所知——第一个这样的晶体管出现了 20 年前。但直到最近，科学家们才成功克服了许多技术限制，创造出了一种足够有效的设备。三年前，威斯康星大学的物理学家提出了基于纳米管的晶体管原型，其性能优于现代硅器件。

基于碳纳米管的器件的应用之一是柔性电子产品。但到目前为止，这项技术还没有走出实验室，也没有谈到大规模实施。

它们是窄条状石墨烯几十纳米宽被认为制造未来晶体管的主要材料之一。石墨烯带的主要特性是能够利用磁场加速流过它的电流。与此同时，石墨烯有250次比硅具有更高的导电性。

上一些数据，基于石墨烯晶体管的处理器将能够以接近太赫兹的频率运行。而现代芯片的工作频率设定为4-5GHz。

第一个石墨烯晶体管原型十年前出现。从那时起工程师试图优化基于它们的“组装”设备的过程。最近，来自剑桥大学的开发团队于三月份获得了第一个结果宣布了关于投入生产第一个石墨烯芯片。工程师表示，新设备可以将电子设备的运行速度提高十倍。

二氧化铪还用于生产微电路与2007几年。它用于在晶体管栅极上制作绝缘层。但今天工程师建议使用它来优化硅晶体管的运行。

去年年初，斯坦福大学的科学家发现，如果二氧化铪的晶体结构以特殊方式重组，那么它电常数（负责介质传输电场的能力）将增加四倍以上。如果在创建晶体管栅极时使用这种材料，可以显着减少影响隧道效应.

还有美国科学家找到了方法使用铪和硒化锆减小现代晶体管的尺寸。它们可以代替氧化硅用作晶体管的有效绝缘体。硒化物的厚度明显更小（三个原子），同时保持良好的带隙。这是决定晶体管功耗的指标。工程师们已经设法创造几种基于铪和硒化锆的装置的工作原型。

现在工程师需要解决连接此类晶体管的问题——为它们开发合适的小触点。只有这样，才能谈量产。

硫化钼本身是一种性能较差的半导体，其性能比硅差。但圣母大学的一组物理学家发现，钼薄膜（一个原子厚）具有独特的特性——基于它们的晶体管在关闭时不会通过电流，并且需要很少的能量来切换。这使得它们能够在低电压下运行。

钼晶体管原型已经发展在实验室里。劳伦斯·伯克利，2016 年。该设备只有一纳米宽。工程师们表示，这种晶体管将有助于扩展摩尔定律。

去年还有二硫化钼晶体管已提交来自韩国大学的工程师。该技术有望在OLED显示器的控制电路中得到应用。然而，目前还没有关于大规模生产此类晶体管的讨论。

尽管如此，斯坦福大学的研究人员要求可以重建用于生产晶体管的现代基础设施，以便以最低的成本与“钼”设备一起使用。未来是否有可能实施此类项目还有待观察。

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来源： habr.com