نحن نتحدث عن بدائل للسيليكون.
/ الصورة لورا أوكيل Unsplashقانون مور ، وقانون دينارد ، وحكم كومي يفقدان أهميتهما. أحد الأسباب - ترانزستورات السيليكون تقترب من الحد التكنولوجي. ناقشنا هذا الموضوع بالتفصيل
في منشور
سابق . نتحدث اليوم عن المواد التي يمكن أن تحل في المستقبل محل السيليكون وتوسيع صلاحية القوانين الثلاثة ، مما يعني زيادة كفاءة المعالجات وأنظمة الحوسبة التي تستخدمها (بما في ذلك الخوادم في مراكز البيانات).
أنابيب الكربون النانوية
الأنابيب النانوية الكربونية عبارة عن أسطوانات تتكون جدرانها من طبقة كربون أحادية الذرة. نصف قطر ذرات الكربون أصغر من ذرات السيليكون ، لذلك تتمتع الترانزستورات القائمة على الأنابيب النانوية بقدر أكبر من الحركة الإلكترونية والكثافة الحالية. نتيجة لذلك ، تزداد سرعة الترانزستور وينخفض استهلاكها للطاقة. وفقًا لمهندسين من جامعة ويسكونسن في ماديسون ، ارتفعت الإنتاجية خمسة أضعاف.
حقيقة أن الأنابيب النانوية الكربونية لها خصائص أفضل من السيليكون ، كانت معروفة لفترة طويلة - ظهرت أول هذه الترانزستورات منذ
أكثر من 20 عامًا . ولكن في الآونة الأخيرة فقط ، تمكن العلماء من التحايل على عدد من القيود التكنولوجية من أجل إنشاء جهاز فعال بما فيه الكفاية. قبل ثلاث سنوات ، قدم علماء الفيزياء من الجامعة المذكورة أعلاه في ويسكونسن نموذجًا أوليًا لترانزستور قائم على الأنابيب النانوية تفوق على أجهزة السيليكون الحديثة.
أحد تطبيقات الأجهزة القائمة على أنابيب الكربون النانوية تسمى الإلكترونيات المرنة. لكن حتى الآن لم تتجاوز التكنولوجيا المختبر ولا يوجد أي شك في إدخالها الشامل.
nanoribbons الجرافين
إنها شرائط ضيقة من
الجرافين بعدة عشرات من النانومتر ،
وتعتبر واحدة من المواد الرئيسية لإنشاء الترانزستورات في المستقبل. الخاصية الرئيسية لشريط الجرافين هي القدرة على تسريع التيار المتدفق عبره باستخدام المجال المغناطيسي. في الوقت نفسه ،
يحتوي الجرافين
على توصيل كهربائي أكبر
بمقدار 250 مرة من السيليكون.
وفقًا لبعض التقارير ، ستتمكن المعالجات المعتمدة على ترانزستورات الجرافين من العمل بترددات قريبة من تيراهيرتز. بينما يتم ضبط تكرار تشغيل الرقائق الحديثة في نطاق 4-5 جيجاهيرتز.
ظهرت النماذج الأولية الأولى لترانزستورات الجرافين
قبل عشر سنوات . منذ ذلك الحين ،
يحاول المهندسون
تحسين عمليات "تجميع" الأجهزة القائمة عليها. في الآونة الأخيرة ، تم الحصول على النتائج الأولى - أعلن فريق من المطورين من جامعة كامبريدج في شهر مارس
عن إطلاق
أول دوائر
مصغرة من الجرافين . يقول المهندسون إن الجهاز الجديد يمكنه تسريع عمل الأجهزة الإلكترونية بعشرة أضعاف.
ثاني أكسيد الهافنيوم والسيلينيد
يستخدم ثاني أكسيد الهافنيوم في صناعة الرقائق
منذ عام 2007 . من ذلك جعل طبقة عازلة على بوابة الترانزستور. لكن اليوم ، يقترح المهندسون تحسين تشغيل ترانزستورات السيليكون معها.
/ photo Fritzchens Fritz PDفي بداية العام الماضي ،
وجد علماء من جامعة ستانفورد أنه إذا تمت إعادة هيكلة التركيب البلوري لثاني أكسيد الهافنيوم بطريقة خاصة ،
فسيزيد ثابته الكهربائي (المسؤول عن قدرة الوسيلة على المرور بحقل كهربائي) بأكثر من أربع مرات. إذا كنت تستخدم مثل هذه المواد عند إنشاء بوابات الترانزستور ، يمكنك تقليل تأثير تأثير
النفق بشكل ملحوظ.
أيضًا ،
وجد العلماء الأمريكيون
طريقة لتقليل حجم الترانزستورات الحديثة باستخدام السيلينييدات الهافنيوم والزركونيوم. يمكن استخدامها كعازل فعال للترانزستورات بدلاً من أكسيد السيليكون. السيلينايدات لها سمك أقل بكثير (ثلاث ذرات) ، مع الحفاظ على فجوة شريط جيدة. هذا هو المؤشر الذي يحدد استهلاك الطاقة من الترانزستور. لقد
نجح المهندسون بالفعل
في إنشاء نماذج أولية عديدة للأجهزة تعتمد على السيلينييدات الهافنيوم والزركونيوم.
الآن ، يحتاج المهندسون إلى حل المشكلة المتعلقة بتوصيل هذه الترانزستورات - لتطوير جهات اتصال مناسبة لهم بأحجام صغيرة. بعد ذلك فقط سيكون من الممكن التحدث عن الإنتاج الضخم.
ثاني كبريتيد الموليبدينوم
كبريتيد الموليبدينوم في حد ذاته هو أشباه الموصلات الفقيرة ، وهو أدنى من خصائص السيليكون. ولكن وجدت مجموعة من علماء الفيزياء من جامعة نوتردام أن أفلام الموليبدينوم الرقيقة (سمك ذرة واحدة) لها صفات فريدة من نوعها - الترانزستورات التي تعتمد عليها لا تمر بالتيار في حالة إيقاف التشغيل وتتطلب القليل من الطاقة للتبديل. هذا يتيح لهم العمل في الفولتية المنخفضة.
تم تطوير النموذج الأولي من الترانزستور الموليبدينوم في المختبر. لورانس في بيركلي في عام 2016. عرض الجهاز هو واحد فقط نانومتر. يقول المهندسون إن هذه الترانزستورات ستساعد في تمديد قانون مور.
أيضا ، قدم ترانزستور على أساس ثاني كبريتيد الموليبدينوم العام الماضي من
قبل المهندسين من جامعة كوريا الجنوبية. من المتوقع أن تجد التكنولوجيا تطبيقًا في دوائر التحكم لشاشات OLED. ومع ذلك ، ليست هناك حاجة للحديث عن الإنتاج الضخم لهذه الترانزستورات.
على الرغم من ذلك ،
يجادل باحثون من جامعة ستانفورد أن البنية التحتية الحديثة لإنتاج الترانزستورات يمكن إعادة هيكلتها للعمل مع أجهزة الموليبدينوم بأقل تكلفة ممكنة. هل سيكون من الممكن تنفيذ مثل هذه المشاريع ، يبقى أن نرى في المستقبل.
ما الذي نكتب عنه في قناة Telegram لدينا: