Περιεχόμενα Άρθρου
- Το MIT δημιουργεί τρανζίστορ νανοκλίμακας για αποδοτικά ηλεκτρονικά
- Η κβαντική σήραγγα προσφέρει χαμηλή τάση και υψηλή απόδοση
- Η τεχνολογία έχει τη δυνατότητα να αντικαταστήσει το πυρίτιο
Οι ερευνητές του MIT ανέπτυξαν ένα τρανζίστορ νανοκλίμακας που θα μπορούσε ενδεχομένως να ανοίξει το δρόμο για ηλεκτρονικά πιο αποτελεσματικά από συσκευές που βασίζονται σε πυρίτιο.
Τα παραδοσιακά τρανζίστορ πυριτίου, κρίσιμα στις περισσότερες ηλεκτρονικές συσκευές, αντιμετωπίζουν έναν φυσικό περιορισμό γνωστό ως «τυραννία Boltzmann», που τους εμποδίζει να λειτουργούν κάτω από μια συγκεκριμένη τάση.
Αυτός ο περιορισμός περιορίζει την ενεργειακή απόδοση, ειδικά καθώς σύγχρονες εφαρμογές όπως το AI πιέζουν για ταχύτερους και ισχυρότερους υπολογισμούς.
Ετεροδομές νανοσυρμάτων
Για να αντιμετωπίσει αυτούς τους περιορισμούς, η ομάδα του MIT δημιούργησε ένα νέο τρισδιάστατο τρανζίστορ χρησιμοποιώντας εξαιρετικά λεπτά ημιαγωγικά υλικά, όπως αντιμονίδιο του γαλλίου και αρσενίδιο του ινδίου.
Ο σχεδιασμός αξιοποιεί ένα κβαντικό μηχανικό φαινόμενο γνωστό ως κβαντική σήραγγα, επιτρέποντας στα ηλεκτρόνια να ταξιδεύουν μέσα από ένα ενεργειακό φράγμα και όχι πάνω από αυτό. Αυτή η δομή, που αποτελείται από κάθετα νανοσύρματα πλάτους μόλις λίγων νανόμετρων, επιτρέπει σε αυτά τα τρανζίστορ να λειτουργούν σε πολύ χαμηλότερες τάσεις, διατηρώντας παράλληλα την απόδοση στο ίδιο επίπεδο με τα τρανζίστορ πυριτίου τελευταίας τεχνολογίας.
«Πρόκειται για μια τεχνολογία με δυνατότητα αντικατάστασης του πυριτίου, ώστε να μπορείτε να τη χρησιμοποιήσετε με όλες τις λειτουργίες που έχει αυτή τη στιγμή το πυρίτιο, αλλά με πολύ καλύτερη ενεργειακή απόδοση», είπε ο Yanjie Shao, μεταδιδάκτορας του MIT και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. Ειδήσεις MIT. Βασιζόμενη σε τρανζίστορ διάνοιξης σήραγγας, η συσκευή επιτυγχάνει μια απότομη μετάβαση μεταξύ των καταστάσεων “off” και “on” με χαμηλότερη τάση, κάτι που τα τρανζίστορ πυριτίου δεν μπορούν να κάνουν το ίδιο αποτελεσματικά.
Τα τρανζίστορ κατασκευάζονται με χρήση κβαντικού περιορισμού, όπου τα ηλεκτρόνια ελέγχονται μέσα σε ένα μικροσκοπικό χώρο, ενισχύοντας την ικανότητά τους να περνούν σε σήραγγα μέσω φραγμών. Η προηγμένη εγκατάσταση του MIT, το MIT.nano, επέτρεψε στους ερευνητές να δημιουργήσουν την ακριβή τρισδιάστατη γεωμετρία που είναι απαραίτητη για αυτό το αποτέλεσμα, δημιουργώντας κάθετες ετεροδομές νανοσύρματος με διάμετρο έως και 6 νανόμετρα, τα μικρότερα τρισδιάστατα τρανζίστορ που έχουν αναφερθεί μέχρι σήμερα.
«Έχουμε μεγάλη ευελιξία για να σχεδιάσουμε αυτές τις ετεροδομές υλικών, ώστε να μπορούμε να πετύχουμε ένα πολύ λεπτό φράγμα σήραγγας, το οποίο μας επιτρέπει να έχουμε πολύ υψηλό ρεύμα», εξηγεί ο Shao. Αυτός ο σχεδιασμός υποστηρίζει μια απότομη κλίση μεταγωγής, επιτρέποντας στη συσκευή να λειτουργεί κάτω από το όριο τάσης του συμβατικού πυριτίου.
Σύμφωνα με τον Jesús del Alamo, ανώτερο συγγραφέα και Donner Professor of Engineering, «Με τη συμβατική φυσική, υπάρχει μόνο τόσο μακριά που μπορείτε να φτάσετε. Το έργο του Yanjie δείχνει ότι μπορούμε να κάνουμε καλύτερα από αυτό, αλλά πρέπει να χρησιμοποιήσουμε διαφορετική φυσική. Υπάρχουν ακόμη πολλές προκλήσεις που πρέπει να ξεπεραστούν προκειμένου αυτή η προσέγγιση να είναι εμπορική στο μέλλον, αλλά εννοιολογικά είναι πραγματικά μια σημαντική ανακάλυψη».
Η ερευνητική ομάδα, η οποία περιλαμβάνει τους καθηγητές του MIT Ju Li, Marco Pala και David Esseni, έχει πλέον στραφεί στη βελτίωση των μεθόδων κατασκευής για μεγαλύτερη ομοιομορφία μεταξύ των τσιπ. Μικρές ασυνέπειες, ακόμη και σε επίπεδο νανομέτρων, μπορούν να επηρεάσουν την απόδοση της συσκευής, επομένως εξερευνούν εναλλακτικούς κατακόρυφους σχεδιασμούς που θα μπορούσαν να βελτιώσουν τη συνοχή. Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο Nature Electronicsχρηματοδοτήθηκε εν μέρει από την Intel Corporation, αντανακλώντας το ενδιαφέρον της βιομηχανίας για εξερεύνηση λύσεων πέρα από την παραδοσιακή τεχνολογία πυριτίου.
Μπορεί επίσης να σας αρέσει
