Estamos hablando de alternativas para el silicio.
/ foto Laura Ockel UnsplashLa Ley de Moore, la Ley de Dennard y la Regla de Kumi pierden relevancia. Una de las razones: los transistores de silicio se están acercando a su límite tecnológico. Discutimos este tema en detalle
en una publicación anterior . Hoy hablamos de materiales que en el futuro pueden reemplazar el silicio y extender el funcionamiento de las tres leyes, lo que significa aumentar la eficiencia de los procesadores y sistemas informáticos que los utilizan (incluidos los servidores en los centros de datos).
Nanotubos de carbono
Los nanotubos de carbono son cilindros cuyas paredes consisten en una capa de carbono monoatómica. El radio de los átomos de carbono es más pequeño que el del silicio, por lo que los transistores basados en nanotubos tienen mayor movilidad de electrones y densidad de corriente. Como resultado, la velocidad del transistor aumenta y su consumo de energía disminuye. Según los ingenieros de la Universidad de Wisconsin en Madison, la productividad se multiplicó por cinco.
El hecho de que los nanotubos de carbono tienen mejores características que el silicio se conoce desde hace mucho tiempo: los primeros transistores aparecieron hace
más de 20 años . Pero solo recientemente, los científicos lograron sortear una serie de limitaciones tecnológicas para crear un dispositivo suficientemente efectivo. Hace tres años, los físicos de la mencionada Universidad de Wisconsin presentaron un prototipo de un transistor basado en nanotubos que superó a los dispositivos modernos de silicio.
Una de las aplicaciones de los dispositivos basados en nanotubos de carbono se llama electrónica flexible. Pero hasta ahora la tecnología no ha ido más allá del laboratorio y no hay duda de su introducción masiva.
Nanofibras de grafeno
Son tiras estrechas de
grafeno de varias decenas de nanómetros de ancho y
se consideran uno de los principales materiales para crear transistores del futuro. La propiedad principal de la cinta de grafeno es la capacidad de acelerar la corriente que fluye a través de ella utilizando un campo magnético. Al mismo tiempo, el grafeno
tiene una conductividad eléctrica
250 veces mayor que el silicio.
Según algunos informes , los procesadores basados en transistores de grafeno podrán operar a frecuencias cercanas a los terahercios. Mientras que la frecuencia de operación de los chips modernos se establece en el rango de 4-5 gigahercios.
Los primeros prototipos de transistores de grafeno
aparecieron hace diez años . Desde entonces, los ingenieros han estado
tratando de optimizar los procesos de "ensamblaje" de dispositivos basados en ellos. Más recientemente, se obtuvieron los primeros resultados: un equipo de desarrolladores de la Universidad de Cambridge en marzo
anunció el lanzamiento de los
primeros microcircuitos de grafeno . Los ingenieros dicen que el nuevo dispositivo puede acelerar el trabajo de los dispositivos electrónicos en diez veces.
Dióxido de hafnio y seleniuro
El dióxido de hafnio se ha utilizado en la fabricación de microchips
desde 2007 . A partir de él, haga una capa aislante en una puerta de transistor. Pero hoy, los ingenieros sugieren optimizar el funcionamiento de los transistores de silicio con él.
/ foto Fritzchens Fritz PDA principios del año pasado, los científicos de Stanford
descubrieron que si la estructura cristalina del dióxido de hafnio se reorganizara de manera especial, su
constante eléctrica (responsable de la capacidad del medio para pasar un campo eléctrico) aumentaría más de cuatro veces. Si utiliza dicho material al crear puertas de transistores, puede reducir significativamente el efecto del efecto de
túnel .
Además, los científicos estadounidenses
han encontrado una manera de reducir el tamaño de los transistores modernos que utilizan seleniuros de hafnio y circonio. Se pueden usar como un aislante efectivo para transistores en lugar de óxido de silicio. Los selenidos tienen un grosor significativamente menor (tres átomos), al tiempo que mantienen una buena separación de banda. Este es un indicador que determina el consumo de energía de un transistor. Los ingenieros ya han
logrado crear varios prototipos funcionales de dispositivos basados en seleniuros de hafnio y circonio.
Ahora, los ingenieros deben resolver el problema con la conexión de dichos transistores, para desarrollar contactos apropiados para ellos en tamaños pequeños. Solo después de eso será posible hablar sobre la producción en masa.
Disulfuro de molibdeno
El sulfuro de molibdeno per se es un semiconductor bastante pobre, que es inferior en propiedades al silicio. Pero un grupo de físicos de la Universidad de Notre Dame descubrió que las películas delgadas de molibdeno (un átomo de espesor) tienen cualidades únicas: los transistores basados en ellas no transmiten corriente en estado apagado y requieren poca energía para cambiar. Esto les permite trabajar a bajos voltajes.
El prototipo del transistor de molibdeno se desarrolló en el laboratorio. Lawrence en Berkeley en 2016. El ancho del dispositivo es de solo un nanómetro. Los ingenieros dicen que tales transistores ayudarán a extender la ley de Moore.
Además, los ingenieros de una universidad de Corea del Sur
presentaron un transistor basado en disulfuro de molibdeno el año pasado. Se espera que la tecnología encuentre aplicación en los circuitos de control de pantallas OLED. Sin embargo, no hay necesidad de hablar sobre la producción en masa de tales transistores.
A pesar de esto, los investigadores de Stanford
sostienen que la infraestructura moderna para la producción de transistores se puede reestructurar para que funcione con dispositivos de molibdeno a un costo mínimo. ¿Será posible implementar tales proyectos? Queda por verse en el futuro.
Sobre qué estamos escribiendo en nuestro canal de Telegram: