Начало конца кремниевой электроники

Начало конца кремниевой электроники

Вчерашний день, возможно, положил конец кремнию как символу компьютерной индустрии. В Science опубликована статья, появление которой ожидалось еще с 2006 года, но все равно стало приятным сюрпризом: наконец-то удалось изготовить чип на основе графена, который может сделать микросхемы в разы меньше и эффективнее за счет того, что работают в них не обычные, а туннельные транзисторы.

Сразу же после того, как Андрей Гейм и Константин Новоселов открыли графен, стало ясно, что благодаря его уникальным свойствам его можно и нужно использовать для производства транзисторов в процессорах и блоках памяти. Однако на пути внедрения графена в IT стояло одно существенное препятствие. Чтобы понять, почему графеновые чипы будут лучше кремниевых и в чем революционность нового транзистора, нужно разобраться в основах.

Транзистор – это компонент электроники, позволяющий управлять током в электрической цепи, силу тока и напржение можно измерить тестерами напряжения. Для простоты его можно сравнить с водопроводным вентилем, где с помощью сравнительно небольшого усилия мы можем управлять очень мощным потоком воды. Обычные полевые транзисторы работают так: подавая сравнительно небольшое напряжение на затвор из диоксида кремния, мы можем регулировать его сопротивление и таким образом включать и выключать цепь. На одной микросхеме – кремниевом кристалле площадью 1–2 кв. см. – умещается несколько миллиардов таких транзисторов.

В туннельном транзисторе, конструирование которого впервые было предложено еще в 1986 году отечественными учеными, роль «защелки», запирающей затвор в цепи, может играть один-единственный электрон, проникающий через барьер диэлектрика за счет туннельного эффекта (явления квантовой природы). Транзистор, работающий по такому принципу, будет требовать в разы меньшего напряжения для переключений, а значит, микросхемы станут потреблять меньше энергии. Кроме того, уложить транзисторы в схему можно будет плотнее. Отсюда гораздо большая энергоэффективность и производительность основанной на этом принципе электроники.

Графен, открытый нобелевскими лауреатами Геймом и Новоселовым, как никакой другой материал подходит для создания таких микросхем именно из-за одного из главных своих свойств: высочайшей подвижности электронов внутри решетки. Однако графен не обладает необходимыми полупроводниковыми свойствами, чтобы «включаться» и «выключаться» по необходимости. Группа ученых из Манчестерского университета решила эту проблему, собрав «сэндвич» из двух слоев графена и слоя солей бора или молибдена толщиной в одну молекулу в качестве прослойки. Такой «затвор» дает разницу в силе пропускаемого тока в 50 раз в случае с нитридом бора и в 10 000 раз в случае с дисульфидом молибдена. Это вполне рабочий диапазон для микросхемы.

Итак, графеновый транзистор создан. Что особенно важно, его работа почти не зависит от температуры – одного из главных бичей всех радиоэлектронных устройств. До сих пор фундаментальной проблемой некремниевой электроники было то, что она работала только при очень низких температурах. А устройства на основе графена смогут работать и при комнатной температуре, и с перегревом. В общем, обладают теми же эксплуатационными свойствами, что кремний, при гораздо большей эффективности.

По мнению самих авторов статьи, среди которых ученые из нескольких стран, и в том числе много русских фамилий (Сергей Морозов из Института микроэлектронных технологий в Черноголовке, Роман Горбачев и Леонид Пономаренко из Манчестера, а также сами Гейм и Новоселов), потенциал у созданного транзистора огромный.

До последнего времени создание туннельных транзисторов, стабильно работающих в бытовых, а не лабораторных, условиях (в первую очередь, это касалось температуры) считалось невозможным. Теперь энергоэффективность процессоров может увеличиться, а размеры плат уменьшиться в несколько раз. Таким образом, электроника пройдет очередную ступень развития по Закону Мура, а возможно, что и шагнет через одну.

Источник: slon.ru

Похожие новости:
Ученые заменят флеш-память терабайтным накопителем
Ученые из Калифорнийского университета разработали технологию новых накопителей для мобильной электроники. Она найдет свое применение в смартфонах, планшетах, ноутбуках и цифровых камерах. В основе лежит резистивная память, позволяющая делать ячейки памяти очень маленькими. Она работает на высокой скорости ..
2014-10-11 1533 0 Технология
0
Samsung открыла новый способ выращивания графена
Едва Стэнфордский университет объявил о создании интегральной схемы на базе 20-нанометровых графеновых транзисторов, как с очередным громким заявлением выступила компания Samsung. Основаннный ею Институт передовых технологий Samsung (SAIT) в соотрудничестве со старейшим в Корее университетом Сонгюнгван открыл способ «бесшовного» ..
2014-04-04 1505 0 Технология
0
Новые технологические схемы, основанные на ионах и молекулах
Клас Тубрандт, докторант органической электроники в Линчёпингском университете (Linkoping University), расположенном в Швеции, разработал интегрированный химический чип, сообщает «PC-News.info». Данные результаты только что были опубликованы в журнале «Nature Communications». Исследования группа «Organic Electronics» в Линчёпингском университете ранее ..
2012-05-30 1137 0 Технология
0
Ученые создали невидимый электронный датчик
Такао Сомея (Takao Someya), профессор из Токийского университета (University of Tokyo), недавно представил работу своей научной группы, которая разработала то, что можно назвать самой тонкой электроникой в мире. Тончайшие листы этих чрезвычайно гибких электронных устройств ..
2013-08-3 1120 0 Технология
0
В Крыму начато создание российской Цифровой долины
Начат проект по созданию в Крыму так называемой «Цифровой долины» — российского аналога «Кремниевой долины», располагающейся в Калифорнии (США). Michael Reinhard/Corbis Напомним, что в «Кремниевой долине» сосредоточено большое количество представительств IT-компаний, занимающихся разработкой компьютерных и мобильных технологий, программного обеспечения, ..
2015-10-15 1331 0 Технология
-1
Корейцы представили дешевый способ выращивания графеновых пластин
Институт передовых технологий компании Samsung (SAIT) совместно с учеными университета Сонгюнгван разработали простой и дешевый способ получения графеновых пластин больших площадей, сообщает Phys.org. Ожидается, что он может привести к всплеску использования графеновых волокон в электронной промышленности, ..
2014-04-10 1886 0 Технология
0
Нанотехнологии обеспечат безопасную трансфекцию генов
Учёные из Национального института материаловедения (Япония) получили наноплёнки, способные вводить в клетки желаемые гены. Кроме того, показана безопасность и эффективность нового наноматериала в качестве субстрата для осуществления обратимой трансфекции генов. Введение в клетку посторонних генов можно ..
2012-08-28 1154 0 Технология
0
Материал толщиной в одну молекулу имеет преимущества
Открытие графена, материала толщиной в один атом и обладающего исключительной прочностью и другими свойствами запустило лавину исследований в области его применения, от электроники до оптики и структурных материалов. Но новые исследования полагают, что это было только начало: целое семейство двухмерных материалов ..
2012-08-25 1193 1 Технология
0
В Киеве появится собственная Кремниевая долина
На последней сессии Киевсовета на рассмотрение был выдвинут вопрос целевого назначения 147,1 гектаров земли неподалеку от поселка Коцюбинское. По решению чиновников, территория будет отдана под строительство инновационного парка Bionic Hill. Парк будет представлять собой своеобразный аналог ..
2013-11-15 1018 0 Технология
0
Японцы уменьшили размеры конденсаторов в 1000 раз
Современная электроника даже в её концентрированном виде — в качестве интегральных схем — немыслима без такого электротехнического элемента, как конденсатор. В зависимости от требуемых условий используются те или иные виды этих приборов, характеристики которых очень сильно отличаются друг от друга. ..
2015-07-25 4338 0 Технология
1
Физики сделали транзистор из одного атома
Международная группа ученых создала транзистор, состоящий из одного атома фосфора, размещенного на кремниевой подложке. Статья ученых появилась в журнале Nature Nanotechnology. Физики уже достаточно давно умеют манипулировать отдельными атомами. Например, с помощью сканирующего туннельного микроскопа еще в 1990 году ..
2012-02-20 1503 0 Технология
0
Как электроника справилась с радиацией
Инженеры из Университета штата Юта разработали микроскопические механические устройства (MEMS), которые выдерживают мощнейшее радиоактивное излучение и нагрев. По оценкам ученых, созданные ими устройства могут управлять роботами или компьютерами даже внутри реактора или в глубоком космосе. Ионизирующее излучение быстро повреждает ..
2012-06-26 1243 0 Технология
0
Ноев Ковчег с турбинами ветра
Vindskip норвежский сухогруз, который питается от энергии ветра, но, конечно, не имеет ничего общего с типичными кораблями, так как ветер на нем ловят не паруса и не ветровые турбины. Студия Lade AS может похвастаться, что представила что-то действительно инновационное в мире перевозки по морю. Так ли это? Вот ..
2013-09-28 1301 0 Технология
0
Созданы транзисторы, принимающие форму живой ткани
Специалисты из Техасского университета в Далласе и Токийского университета создали биологически адаптивное, гибкой устройство, которое становится мягким при имплантации внутрь человеческого тела, что позволяет использовать его для диагностики и лечения различных мелких тканей, включая нервы и кровеносные сосуды. “Исследование является ..
2014-05-15 1076 0 Технология
0
Новый лазер для высокоскоростной передачи данных
Инженеры-электрики, университета штата The University of Texas в Арлингтоне и университета University of Wisconsin-Madison, разработали новый лазер для встроенных оптических соединений, который увеличит скорость и энергетическую эффективность компьютера. Свои выводы они опубликовала в журнале Nature Photonics. Высотой всего 2 мкм, меньше ..
2012-07-25 1965 0 Технология
0