Мабуть, ці тонкі, малопотужні напівпровідники - майбутнє обчислень?
Розчин діселеніду гафнію і діселеніду цирконію
Кремній не може бути передовим матеріалом, використовуваним в електроніці, якщо будуть реалізовані два недавно виявлених матеріалу. Нещодавно інженери-електрики з Стенфорда відзначили, що два напівпровідника - дісульенід гафнію і діслеенід цирконію, дві форми одного і того ж неорганічної сполуки, мають подібні властивості з кремнієм, але перевершують матеріал в інших аспектах.
Дослідження, опубліковане в журналі Science Advances, пояснює це відкриття. У співавторстві з Еріком Попом, ад'юнкт-професором електротехніки, з докторантом Міхалом Млецко, в доповіді основна увага приділяється тому, як все три матеріали викликають іржу.
Це така ж іржа, яка зазвичай вважається шкідливою для металів і інших матеріалів, але в контексті електроніки і схем це насправді добре: коли кремній піддається впливу кисню, він іржавіє і стає ізолятором для схеми, Захищаючи його від шкоди. Для досягнення такого ж ефекту можуть використовуватися інші матеріали, але вони вимагають додаткової роботи і шарів ізоляції, що робить кремній кращим матеріалом для використання.
діселеніда гафнію і діслеенід цирконію як іржі аналогічні кремнію, але їх переваги виходять за рамки цього. Вони можуть утворювати так звані ізолятори «високого k», які в кінцевому підсумку вимагають меншої потужності, ніж кремнієві і силіконові ізолятори.
Інженери з Стенфорда також виявили, що diselenides можна зменшити до трьох атомів; Кремній не може зробити те ж саме і як і раніше можна використовувати.
Збільшене поперечний переріз експериментальної мікросхеми (зліва), накладеної колірною схемою (праворуч). Чорні та білі смуги показують чергуються шари дісуленіда гафнію і ізолятора гафнію-діоксиду. (Зображення: Міхал Млечко)
«Інженери не змогли зробити кремнієві транзистори тонше, ніж близько п'яти нанометрів, перш ніж властивості матеріалу почнуть змінюватися небажаними способами», - сказав Поп.
До побачення, кремній?
Існує також те, як нові напівпровідникові матеріали стосуються забороненої зони, діапазон енергії, необхідний для включення транзистора. Якщо діапазон енергії для матеріалу занадто низький, це може привести до витоку контурів; Занадто висока, і схема має занадто багато енергії для роботи, стаючи неефективною. Діслееніди прекрасно справляються з цією вимогою. Беручи до уваги всі свої переваги, вони можуть бути використані для того, щоб зробити транзистори майже в 10 разів менше, ніж сьогодні.
Це майже повністю підтримує закон Мура, в якому говориться, що транзистори будуть як і раніше ставати все менше, більш потужними і більш економічними з послідовним темпом.
У той час як галфеніл діслеенід і діселеніда цирконію роблять все, що може зробити кремній, Поп стверджує, що малоймовірно, що кремній буде повністю замінений; Є ще що вивчати, перш ніж майбутня електроніка побачить будь-які зміни.
Для початку слід, як схеми діслееніда будуть взаємодіяти з транзисторами; «Ці сполуки завжди були проблемою для будь-якого нового напівпровідника, і труднощі стають все більше, коли ми скорочуємо схеми до атомного масштабу», - сказав Млечко. Крім того, необхідно поліпшити окислення матеріалів, щоб забезпечити безперервність схем і ізоляторів і підтримувати їх тонкий розмір.
Як цікаво, може бути, це буде досить давно, перш ніж вони будуть використовуватися в складних схемах і повних робочих системах. До тих пір люди можуть з нетерпінням чекати володіння пристроями з більш тривалим терміном служби батареї, що є одним з найбільш важливих переваг, які можуть виникнути при використанні нових напівпровідників.
«Дослідження ще належить зробити, але новий шлях до більш тонким, більш дрібним схемами - і більш енергоефективною електроніці - знаходиться в межах досяжності», - сказав Поп.
Література: ZDNet, Новини Стенфорда
