Prawo Moore’a już od jakiegoś czasu działa na rzecz życia, ale jeszcze nie umarło. Producenci chipów spalają olej o północy, aby zminiaturyzować projekty tranzystorów, a zespół chińskich naukowców stworzył coś, co uważa się za najmniejsze w historii.
Przez kilkadziesiąt lat naukowcy i inżynierowie zredukowali tranzystory do punktu, w którym ich najmniejsze elementy składają się tylko z dziesiątek atomów. Od czasu pojawienia się pierwszych układów scalonych w latach 50. tempo postępu w miniaturyzacji tranzystorów było zgodne z prawem Moore’a, które przewiduje, że gęstość aktywnych elementów w układach scalonych będzie się podwajać co dwa lata.
Jak wielu naszych czytelników wie, postęp w tym kierunku znacznie zwolnił w ostatnich latach. Głównym powodem jest to, że szybko zbliżamy się do fizycznych granic tego, co jest możliwe dzięki istniejącym materiałom i najbardziej zaawansowanym dostępnym procesom produkcyjnym.
W szczególności nie możemy wykonać bramek tranzystorowych – które kontrolują przepływ prądu od źródła do źródła – znacznie mniejszych niż 5 nm, ponieważ coś, co nazywa się tunelowaniem kwantowym, uniemożliwia ich działanie zgodnie z przeznaczeniem. Materiały takie jak grafen i nanorurki węglowe mogą być potrzebne do jeszcze mniejszych rozmiarów tranzystorów ze względu na ich właściwości fizyczne, ale stworzenie urządzeń, które z nich będą działać, zajmie trochę czasu.
W artykule opublikowanym w tym tygodniu chińscy naukowcy wyjaśniają, że stworzyli tranzystor o najkrótszej długości bramki, jaki kiedykolwiek zgłoszono. Ten krok został osiągnięty dzięki innowacyjnemu zastosowaniu grafenu i dwusiarczku molibdenu oraz ich ułożeniu w dwustopniowej konstrukcji schodów.
Struktura tranzystora na ścianie bocznej: ciemnoniebieska część to baza z dwutlenku krzemu, brązowa część to aluminium pokryte tlenkiem glinu, cienka jasnoniebieska część to grafen, żółto-czarna część to dwusiarczek molibdenu, a strona pod tobą mieć dwutlenek hafnu.
Na górze masz źródło, a na dole masz odpływ. Oba wykonane są ze stopu tytanowo-palladowego oddzielonego powierzchnią schodów, wykonanego z arkusza materiału półprzewodnikowego zwanego dwusiarczkiem molibdenu, który znajduje się na wierzchu warstwy dwutlenku hafnu pełniącego funkcję izolatora.
Wnętrze górnego pokładu to dosłownie aluminiowa kanapka pokryta tlenkiem glinu, spoczywająca na arkuszu grafenu – warstwie atomów węgla. Tlenek glinu działa jak izolator, z wyjątkiem niewielkiej szczeliny w pionowej ścianie górnego piętra, gdzie arkusz grafenowy może stykać się z dwusiarczkiem molibdenu. Cała konstrukcja schodów opiera się na grubej warstwie dwutlenku krzemu.
Sztuczka w tym projekcie polega na tym, że używana jest krawędź arkusza grafenowego, co oznacza, że gdy bramka jest włączona, ma ona szerokość tylko 0,34 nm – zasadniczo szerokość samej warstwy grafenowej. Inną godną uwagi cechą tego „tranzystora bocznego” jest jego znikomy prąd upływu ze względu na wyższą rezystancję poza stanem. Producenci mogą używać tego typu do zastosowań o małej mocy. Co więcej, byłoby stosunkowo łatwe do wyprodukowania, chociaż wiele prototypów wymaga sporej mocy do napędzania.
Przeczytaj także: Nowa generacja ASML EUV tchnie nowe życie w prawo Moore’a. Odkrył również, że prawie niemożliwe jest uzyskanie rozmiaru bramki poniżej 0,34 nm.
Oczywiście badacze stojący za nowym tranzystorem pokazują, że funkcjonalny tranzystor może być wykonany z materiału o grubości jednego atomu bez wymyślania nowego procesu precyzyjnego pozycjonowania niezbędnych klas. Niezawodna budowa tych miliardów tranzystorów umieszczonych obok siebie to wciąż odległe marzenie, ale to ważny krok w tym kierunku, budzący nadzieje na szybsze, oszczędniejsze urządzenia, więcej energii elektrycznej w przyszłości.
Tymczasem Samsung, Intel i TSMC pracują nad stworzeniem tranzystorów typu bramka do bramki (GAAFET) i standaryzacją połączeń dla projektów układów.