Estamos falando de alternativas para o silício.
/ foto Laura Ockel UnsplashA Lei de Moore, a Lei de Dennard e a Regra de Kumi perdem relevância. Uma das razões - os transistores de silício estão chegando ao limite tecnológico. Discutimos esse tópico em detalhes
em um post anterior . Hoje estamos falando de materiais que no futuro podem substituir o silício e estender a validade das três leis, o que significa aumentar a eficiência dos processadores e sistemas de computação que os utilizam (incluindo servidores em data centers).
Nanotubos de carbono
Nanotubos de carbono são cilindros cujas paredes consistem em uma camada de carbono monatômica. O raio dos átomos de carbono é menor que o do silício; portanto, os transistores baseados em nanotubos têm maior mobilidade de elétrons e densidade de corrente. Como resultado, a velocidade do transistor aumenta e seu consumo de energia diminui. De acordo
com engenheiros da Universidade de Wisconsin, em Madison, a produtividade é cinco vezes maior.
O fato de os nanotubos de carbono terem melhores características do que o silício é conhecido há muito tempo - os primeiros transistores surgiram há
mais de 20 anos . Mas apenas recentemente, os cientistas conseguiram contornar uma série de limitações tecnológicas para criar um dispositivo suficientemente eficaz. Três anos atrás, os físicos da mencionada Universidade de Wisconsin apresentaram um protótipo de um transistor baseado em nanotubos que superou os modernos dispositivos de silício.
Uma das aplicações de dispositivos baseados em nanotubos de carbono é chamada eletrônica flexível. Mas até agora a tecnologia não foi além do laboratório e não há dúvida de sua introdução em massa.
Nanofitas de grafeno
São tiras estreitas de
grafeno com várias dezenas de nanômetros de largura e
são consideradas um dos principais materiais para a criação de transistores do futuro. A principal propriedade da fita de grafeno é a capacidade de acelerar a corrente que flui através dela usando um campo magnético. Ao mesmo tempo, o grafeno
possui condutividade elétrica
250 vezes maior que o silício.
Segundo alguns relatos , os processadores baseados em transistores de grafeno poderão operar em frequências próximas a terahertz. Enquanto a frequência de operação dos chips modernos é definida na faixa de 4-5 gigahertz.
Os primeiros protótipos de transistores de grafeno
apareceram dez anos atrás . Desde então, os engenheiros
tentam otimizar os processos de "montagem" de dispositivos com base neles. Mais recentemente, os primeiros resultados foram obtidos - uma equipe de desenvolvedores da Universidade de Cambridge
anunciou em março o lançamento dos
primeiros microcircuitos de grafeno . Os engenheiros dizem que o novo dispositivo pode acelerar o trabalho dos dispositivos eletrônicos em dez vezes.
Dióxido de háfnio e seleneto
O dióxido de háfnio é utilizado na fabricação de microchips
desde 2007 . A partir dele, faça uma camada isolante em uma porta do transistor. Hoje, porém, os engenheiros sugerem otimizar a operação dos transistores de silício com ele.
/ foto Fritzchens Fritz PDNo início do ano passado, cientistas de Stanford
descobriram que se a estrutura cristalina do dióxido de háfnio fosse reorganizada de uma maneira especial, sua
constante elétrica (responsável pela capacidade do meio de passar por um campo elétrico) aumentaria em mais de quatro vezes. Se você usar esse material ao criar portas de transistor, poderá reduzir significativamente o efeito do efeito de
tunelamento .
Além disso, cientistas americanos
descobriram uma maneira de reduzir o tamanho dos transistores modernos usando selenetos de háfnio e zircônio. Eles podem ser usados como um isolador eficaz para transistores em vez de óxido de silício. As selenidas têm uma espessura significativamente menor (três átomos), mantendo um bom intervalo de banda. Este é um indicador que determina o consumo de energia de um transistor. Os engenheiros já
conseguiram criar vários protótipos de dispositivos baseados em selenetos de háfnio e zircônio.
Agora, os engenheiros precisam resolver o problema com a conexão desses transistores - para desenvolver contatos apropriados para eles em tamanhos pequenos. Somente depois disso será possível falar sobre produção em massa.
Dissulfeto de molibdênio
O sulfeto de molibdênio, por si só, é um semicondutor bastante fraco, com propriedades inferiores ao silício. Mas um grupo de físicos da Universidade de Notre Dame descobriu que os filmes finos de molibdênio (um átomo de espessura) têm qualidades únicas - os transistores baseados neles não passam corrente no estado desligado e requerem pouca energia para trocar. Isso lhes permite trabalhar em baixas tensões.
O protótipo do transistor de molibdênio foi desenvolvido em laboratório. Lawrence em Berkeley em 2016. A largura do dispositivo é de apenas um nanômetro. Os engenheiros dizem que esses transistores ajudarão a estender a lei de Moore.
Além disso, um transistor baseado em dissulfeto de molibdênio no ano passado foi
apresentado por engenheiros de uma universidade sul-coreana. Espera-se que a tecnologia encontre aplicação nos circuitos de controle dos displays OLED. No entanto, não há necessidade de falar sobre a produção em massa de tais transistores.
Apesar disso, pesquisadores de Stanford
argumentam que a infraestrutura moderna para a produção de transistores pode ser reestruturada para trabalhar com dispositivos de molibdênio a um custo mínimo. Será possível implementar esses projetos, continua a ser visto no futuro.
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