Nous parlons d'alternatives pour le silicium.
/ photo Laura Ockel UnsplashLa loi de Moore, la loi de Dennard et la règle de Kumi perdent leur pertinence. L'une des raisons - les transistors au silicium approchent de leur limite technologique. Nous avons discuté de ce sujet en détail
dans un article précédent . Aujourd'hui, nous parlons de matériaux qui, à l'avenir, peuvent remplacer le silicium et étendre la validité des trois lois, ce qui signifie augmenter l'efficacité des processeurs et des systèmes informatiques qui les utilisent (y compris les serveurs dans les centres de données).
Nanotubes de carbone
Les nanotubes de carbone sont des cylindres dont les parois sont constituées d'une couche de carbone monatomique. Le rayon des atomes de carbone étant plus petit que celui du silicium, les transistors à base de nanotubes ont donc une mobilité électronique et une densité de courant supérieures. En conséquence, la vitesse du transistor augmente et sa consommation d'énergie diminue. Selon
les ingénieurs de l'Université du Wisconsin à Madison, la productivité a quintuplé.
Le fait que les nanotubes de carbone aient de meilleures caractéristiques que le silicium est connu depuis longtemps - les premiers transistors de ce type sont apparus il y a
plus de 20 ans . Mais ce n'est que récemment que les scientifiques ont réussi à contourner un certain nombre de limitations technologiques afin de créer un appareil suffisamment efficace. Il y a trois ans, les physiciens de l'université susmentionnée du Wisconsin ont présenté un prototype de transistor à base de nanotubes qui surpassait les dispositifs modernes en silicium.
L'une des applications des dispositifs à base de nanotubes de carbone est appelée électronique flexible. Mais jusqu'à présent, la technologie n'est pas allée au-delà du laboratoire et il n'est pas question de son introduction en masse.
Nanorubans de graphène
Ce sont des bandes étroites de
graphène de plusieurs dizaines de nanomètres de large et
sont considérées comme l' un des principaux matériaux pour créer les transistors du futur. La principale propriété de la bande de graphène est la capacité d'accélérer le courant qui la traverse en utilisant un champ magnétique. Dans le même temps, le graphène
a une conductivité électrique
250 fois supérieure à celle du silicium.
Selon certains rapports , les processeurs à base de transistors en graphène pourront fonctionner à des fréquences proches du térahertz. Alors que la fréquence de fonctionnement des puces modernes est définie dans la plage de 4 à 5 gigahertz.
Les premiers prototypes de transistors en graphène
sont apparus il y a dix ans . Depuis lors, les ingénieurs
tentent d'optimiser les processus d '«assemblage» de dispositifs basés sur eux. Plus récemment, les premiers résultats ont été obtenus - une équipe de développeurs de l'Université de Cambridge a
annoncé en mars le lancement des
premiers microcircuits de graphène . Les ingénieurs disent que le nouvel appareil peut accélérer de dix fois le travail des appareils électroniques.
Dioxyde d'hafnium et séléniure
Le dioxyde d'hafnium est utilisé dans la fabrication de puces électroniques
depuis 2007 . De là, faites une couche isolante sur une grille de transistor. Mais aujourd'hui, les ingénieurs suggèrent d'optimiser le fonctionnement des transistors au silicium avec lui.
/ photo Fritzchens Fritz PDAu début de l'année dernière, des scientifiques de Stanford ont
constaté que si la structure cristalline du dioxyde d'hafnium était réorganisée d'une manière spéciale, sa
constante électrique (responsable de la capacité du milieu à passer un champ électrique) augmenterait de plus de quatre fois. Si vous utilisez un tel matériau lors de la création de portes de transistor, vous pouvez réduire considérablement l'effet de l'
effet tunnel .
De plus, des scientifiques américains
ont trouvé un moyen de réduire la taille des transistors modernes en utilisant des séléniures d'hafnium et de zirconium. Ils peuvent être utilisés comme isolant efficace pour les transistors au lieu de l'oxyde de silicium. Les séléniures ont une épaisseur significativement plus petite (trois atomes), tout en conservant une bonne bande interdite. Il s'agit d'un indicateur qui détermine la consommation d'énergie d'un transistor. Les ingénieurs ont déjà
réussi à créer plusieurs prototypes fonctionnels d'appareils à base de séléniures d'hafnium et de zirconium.
Maintenant, les ingénieurs doivent résoudre le problème de la connexion de tels transistors - pour développer des contacts appropriés pour eux dans de petites tailles. Ce n'est qu'après cela qu'il sera possible de parler de la production de masse.
Disulfure de molybdène
Le sulfure de molybdène en soi est un semi-conducteur plutôt pauvre, dont les propriétés sont inférieures au silicium. Mais un groupe de physiciens de l'Université de Notre Dame a découvert que les films minces de molybdène (un atome d'épaisseur) ont des qualités uniques - les transistors basés sur eux ne passent pas de courant à l'état bloqué et nécessitent peu d'énergie pour commuter. Cela leur permet de travailler à basse tension.
Le prototype du transistor en molybdène a été développé en laboratoire. Lawrence à Berkeley en 2016. La largeur de l'appareil n'est que d'un nanomètre. Les ingénieurs disent que ces transistors aideront à étendre la loi de Moore.
L'an dernier, un transistor à base de bisulfure de molybdène a été
présenté par des ingénieurs d'une université sud-coréenne. Il est prévu que la technologie trouvera une application dans les circuits de commande des écrans OLED. Cependant, il n'est pas nécessaire de parler de la production de masse de tels transistors.
Malgré cela, les chercheurs de Stanford
soutiennent que l'infrastructure moderne pour la production de transistors peut être restructurée pour fonctionner avec des dispositifs en molybdène à un coût minimal. Sera-t-il possible de mettre en œuvre de tels projets, reste à voir dans le futur.
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