0
Arkiv Bild
Forskarna hoppas att framtiden för våra halvledare ligger inte inom kisel, men nya material som kan användas för att skapa transistorer tio gånger mindre än vår nuvarande kretsar.
Förra veckan, Stanford docent i elektroteknik Eric Pop-och post-doc Michal Mlecko visar en ny studie i tillämpningar av halvledare material som potentiellt kan stödja dator chips bara ett fåtal atomer tjocka.
Publicerad i den vetenskapliga tidskriften Science Förskott, ingenjörer rapport hur två halvledare, hafnium-diselenid och zirkonium-diselenid, antingen dela eller går utöver de egenskaper som gör silicon en så populär halvledare idag.
Alla tre, till exempel, kan “rost.” Medan du skulle kunna tro att rost är i allmänhet inte en önskvärd egenskap för metaller och material, i detta fall, “rost” — uppmuntras genom att utsätta kisel-syre under tillverkning — isolerar och skyddar den kretsen.
De två nya halvledarmaterial göra samma sak, vilket undanröjer behovet av att lägga till ytterligare isolatorer, att föra upp kostnaden och tiden för att producera datorns komponenter. Men, hafnium-diselenid och zirkonium-diselenid är “high-K” isolatorer, som kräver mindre kraft för att driva än kisel och kiseloxid isolatorer.
Pop och Mlecko säga att den material bättre än kisel ytterligare eftersom de kan också krympt till funktionella kretsar bara tre atomer tjocka. Tyvärr för kisel, och fem nanometer är oftast den gräns utan att orsaka skador, eller läckor, och dessa material kan ändras till att vara tio gånger mindre.
“Ingenjörer har inte kunnat göra kiseltransistorer tunnare än ca fem nanometer, innan materialets egenskaper börja ändra på icke önskvärt sätt,” Pop sa.
Medan andra halvledarmaterial också slå kisel i dessa kategorier, problemet är ofta att den energi som krävs för att byta transistorer på, “bandgap,” orsakerna material kretsar att läcka, bli otillförlitliga, eller bryta direkt. Men, hafnium-diselenid och zirkonium-diselenid betraktas som “lagom” på samma sätt som kisel, eftersom de jobbar på i vad som anses vara den optimala intervall som håller marker energi-effektiva och tillförlitliga.
Band av svart och vitt avslöja alternerande lager av hafnium-diselenid — ett supertunt halvledar-och hafnium koldioxid isolator.
Michal Mlecko
Även om det fortfarande är experimentell, forskarna säger att det material som skulle kunna bli en grundsten för tunnare, mer energieffektiva marker i framtiden.
“Silicon kommer inte att gå bort,” Pop sa. “Men för konsumenterna det kan betyda mycket längre batteritid och mycket mer komplex funktionalitet om dessa halvledare kan integreras med silicon.”
Forskarna varnar för att det är en lång väg framför oss innan vi kan förvänta oss ultratunna halvledare som viktiga komponenter i nya datasystem. Mlecko och Pop nästa uppgift är att utveckla och förbättra den elektriska kontakten mellan transistorer på deras diselenid kretsar, en process som blir svårare ju tunnare kretsen blir.
När man arbetar på atomär skala, är det inte sannolikt att vara ett snabbt projekt.
Teamet måste lära sig hur man bättre kontroll oxiderade isolatorer för att bli så tunna och stabil som möjligt.
När denna forskning är klar, kommer de komponenter som sedan integreras och skalas upp för att arbeta rån, komplexa kretsar, och sedan-förhoppningsvis-fullt operativa system.
“Det finns mer forskning att göra, men en ny väg till tunnare, mindre kretsar — och mer energieffektiv elektronik — är inom räckhåll,” Pop säger.
Den forskning som stöds av Air Force Office of Scientific Research (AFOSR), National Science Foundation, Stanford Initiativ för Nya Material och Processer (INMP), Department of Energy (DOE) Kontoret för Grundläggande Energi Vetenskaper, Avdelningen för materialvetenskap och en NSERC PGS-D gemenskap.
Tidigare täckning:
Intel att investera $7 miljarder i Arizona halvledare factoryGlobal halvledare inkomster ökade med 2,6 procent i år 2016: GartnerSamsung träffar rekord kvartalsvinst på baksidan av halvledare företag
0