Wir diskutieren Alternativen zur Entwicklung von Halbleiterprodukten.
/ Foto Taylor Vick UnsplashDas letzte Mal haben
wir über Materialien gesprochen, die Silizium bei der Herstellung von Transistoren ersetzen und deren Fähigkeiten erweitern können. Heute diskutieren wir alternative Ansätze für die Entwicklung von Halbleiterprodukten und deren Anwendung in Rechenzentren.
Piezoelektrische Transistoren
Solche Vorrichtungen haben in ihrer Struktur piezoelektrische und piezoresistive Komponenten. Der erste wandelt elektrische Impulse in Schallimpulse um. Der zweite absorbiert diese Schallwellen, zieht sich zusammen und öffnet oder schließt dementsprechend den Transistor. Samariumselenid (
Objektträger 14 ) wird als piezoresistive Substanz verwendet - je nach Druck
verhält es sich entweder als Halbleiter (mit hohem Widerstand) oder als Metall.
Einer der ersten, der auf der IBM das Konzept eines piezoelektrischen Transistors vorstellte. Die Ingenieure des Unternehmens entwickeln sich
seit 2012 in diesem Bereich. In diese Richtung arbeiten auch ihre Kollegen vom National Physical Laboratory in Großbritannien, der University of Edinburgh und Auburn.
Ein piezoelektrischer Transistor verbraucht deutlich weniger Energie als Siliziumvorrichtungen. Zunächst
planen sie, die Technologie in kleinen Geräten einzusetzen, von denen es schwierig ist, Wärme zu entfernen - Smartphones, Funkgeräte, Radargeräte.
Piezoelektrische Transistoren können auch in Serverprozessoren für Rechenzentren verwendet werden. Die Technologie wird die Energieeffizienz von Hardware erhöhen und die Kosten für Rechenzentrumsbetreiber in Bezug auf die IT-Infrastruktur senken.
Tunneltransistoren
Eine der Hauptaufgaben der Hersteller von Halbleiterbauelementen ist das Design von Transistoren, die bei niedrigen Spannungen geschaltet werden können. Tunneltransistoren können es lösen. Solche Vorrichtungen werden durch den
Quantentunneleffekt gesteuert.
Wenn also eine externe Spannung angelegt wird, ist das Schalten des Transistors schneller, da Elektronen eher die dielektrische Barriere passieren. Infolgedessen benötigt das Gerät zum Betrieb eine um ein Vielfaches niedrigere Spannung.
An der Entwicklung von Tunneltransistoren waren Wissenschaftler des MIPT und der japanischen Universität von Tohoku beteiligt. Sie verwendeten zweischichtiges Graphen,
um ein Gerät zu
erstellen , das 10 bis 100 Mal schneller arbeitet als Silizium-Gegenstücke. Laut Ingenieuren können sie mit ihrer Technologie Prozessoren entwickeln, die zwanzigmal produktiver sind als moderne Flaggschiffmodelle.
/ Foto PxHere PDZu verschiedenen Zeiten wurden Prototypen von Tunneltransistoren unter Verwendung verschiedener Materialien implementiert - neben Graphen waren es
Nanoröhren und
Silizium . Die Technologie hat jedoch noch nicht die Wände von Labors verlassen, und es besteht keine Frage einer großtechnischen Produktion von darauf basierenden Geräten.
Spin-Transistoren
Ihre Arbeit basiert auf der Bewegung von Elektronenspins. Spins bewegen sich unter Verwendung eines externen Magnetfelds, ordnen sie in eine Richtung und bilden einen Spinstrom. Geräte, die mit diesem Strom arbeiten, verbrauchen hundertmal weniger Energie als Siliziumtransistoren und
können mit einer Geschwindigkeit von einer Milliarde Mal pro Sekunde
schalten .
Der Hauptvorteil von Spin-Geräten ist ihre Vielseitigkeit. Sie kombinieren die Funktionen eines Informationsspeichers, eines Detektors zum Lesen und eines Schalters zum Übertragen auf andere Elemente des Chips.
Es wird angenommen, dass das erste Spin-Transistor-Konzept 1990
von den Ingenieuren Supriyo Datta und Biswajit Das eingeführt wurde. Seitdem haben große IT-Unternehmen
wie Intel die Entwicklung in diesem Bereich aufgenommen. Wie Ingenieure jedoch
zugeben , werden Spin-Transistoren in Verbraucherprodukten noch nicht vorkommen.
Metall-Luft-Transistoren
Die Funktionsprinzipien und das Design des Metall-Luft-Transistors ähneln im Kern
MOSFET- Transistoren. Mit einigen Ausnahmen: Drain und Source des neuen Transistors sind Metallelektroden. Der Verschluss der Vorrichtung befindet sich darunter und ist mit einem Oxidfilm isoliert.
Drain und Source sind in einem Abstand von 30 Nanometern voneinander getrennt, wodurch Elektronen frei durch den Luftraum gelangen können. Der Austausch geladener Teilchen erfolgt aufgrund der
Feldemission .
Die Entwicklung von Metall-Luft-Transistoren
in einem Team der University of Melbourne - RMIT. Ingenieure sagen, dass die Technologie dem Gesetz von Moore "neues Leben einhauchen" und den Aufbau ganzer 3D-Netzwerke aus Transistoren ermöglichen wird. Die Chiphersteller werden in der Lage sein, die technologischen Prozesse nicht mehr endlos zu reduzieren und kompakte 3D-Architekturen zu bilden.
Laut Entwicklern wird die Betriebsfrequenz des neuen Transistortyps Hunderte von Gigahertz überschreiten. Die Freigabe von Technologie für die breite Masse wird die Fähigkeiten von Computersystemen erweitern und die Leistung von Servern in Rechenzentren steigern.
Jetzt sucht das Team nach Investoren, um ihre Forschung fortzusetzen und technologische Schwierigkeiten zu lösen. Die Drain- und Source-Elektroden schmelzen unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes - dies verringert die Leistung des Transistors. Sie planen, den Mangel in den nächsten Jahren zu beheben. Danach beginnen die Ingenieure mit den Vorbereitungen für die Markteinführung des Produkts.
Was schreiben wir noch in unserem Unternehmensblog: