Израильские ученые разрабатывают транзисторы, для которых не нужен кремний
К разработке высокопроизводительных альтернатив кремнию в микроэлектронике приблизились исследователи из Израильского технологического института Технион в Хайфе, которые растянули оксидный материал на атомарном уровне, тем самым контролируя его проводимость. Это “важный шаг в направлении создания эффективных коммутаторов, которые являются основными строительными блоками компьютерных чипов”.
Исследователи факультета электротехники и вычислительной техники Витерби смогли контролировать новый материал, который они рассматривают как будущую альтернативу кремнию в микроэлектронике. Это позволит уменьшить размер транзисторов, что является важным фактором производительности компьютерных чипов. Компьютерные чипы, лежат в основе современной жизни и отвечают за обработку, хранение и передачу огромных объемов данных. Современные чипы содержат миллиарды транзисторов на одном квадратном сантиметре.
Профессор Лиор Корнблюм с факультета Витерби объяснил, что “в результате непрерывной миниатюризации современные транзисторы имеют размер всего в несколько десятков атомов. Поскольку они уже настолько малы, уменьшение без ущерба для их производительности становится все более сложной задачей. В нанометрическом масштабе транзисторы ведут себя по-новому, чем их более крупные предшественники”. Одним из проблем является утечка электрического тока, когда транзистор (переключатель) должен быть выключен.
“Это можно сравнить с протекающим краном, умноженным на миллиард. Это может привести к большому количеству потраченной впустую “воды”. В современном телефоне с миллиардами транзисторов малейшая утечка тока приведет к значительной трате энергии. Это может быстро разрядить аккумулятор и привести к чрезмерному нагреву устройства. При уменьшении масштаба, когда речь идет о фермах серверов и центрах обработки данных, потери энергии могут быть значительными и производить огромное количество тепла”, – говорит профессор .
Исследовательская группа Корнблюма изучает различные оксидные материалы, один из которых может переключаться из электрического проводника в изолятор и обратно. Исследователи хотят использовать это свойство для будущих транзисторов, которые потенциально могут переключаться более эффективно.
Разработка такой технологии требует точного контроля свойств материала. Команда Техниона показала способ управления электрическими свойствами материала путем точного контроля расстояния между его атомами, используя уникальную систему выращивания оксидов. Благодаря этому ученые смогли установить расстояния между атомами с точностью до пикометра (одна тысячная нанометра). Для понимания, расстояние между двумя атомами в кремнии составляет примерно 250 пикометров.
Команда показала, что при растяжении материала на атомном уровне удлинение химических связей между атомами изменяет электрические свойства – растянув менее чем на 2% длины атомной связи, исследователи изменили расположение атомов в пространстве. Благодаря этим крошечным изменениям, происходящим в масштабе одного пикометра, происходят “незначительные изменения в атомной структуре материала, которые оказывают такое большое влияние на электрические свойства”.
“Это научная основа, необходимая нам для разработки будущих транзисторов из этих нетрадиционных материалов. Сегодня я реализую результаты наших исследований связанных материалов, из которых разрабатываю новый тип транзистора”, – заключает профессор.