211service.com
Intel wykracza poza krzem
Intel opracował nowy rodzaj tranzystora, wykonany z materiału innego niż krzem, który może być szybszy i zużywać mniej energii elektrycznej niż dzisiejsze chipy. Co najważniejsze, nowe tranzystory są ekonomiczne i można je wytwarzać w istniejących zakładach produkcyjnych, ponieważ można je budować bezpośrednio na standardowych waflach krzemowych. Takie chipy wykonane z tych komponentów nie krzemowych są jeszcze co najmniej za dziesięć lat, ale eksperci branżowi uważają, że są one jedną z bardziej obiecujących opcji zastąpienia krzemu w nadchodzących latach.
Lepszy bufor: Intel wykazał, że tranzystory niekrzemowe można wytwarzać na płytce krzemowej, hodując je na cienkiej warstwie buforowej. Poprzednie warstwy buforowe były stosunkowo grube i dlatego pękały, uszkadzając tranzystory.
Ponieważ tranzystory stają się coraz mniejsze, krzem, z którego są one tworzone, nie działa tak dobrze: energia elektryczna przepływa przez warstwy, powodując nadmierne ciepło i wadliwą logikę. Naukowcy z Intela i innych firm produkujących chipy, takich jak AMD i IBM, a także z uniwersytetów na całym świecie, starają się znaleźć zamiennik dla krzemu. Niektórzy podejrzewają, że odpowiedzią mogą być nanorurki węglowe lub inny materiał węglowy zwany grafenem. (Zobacz Komputery z nanorurek węglowych i nowe tranzystory grafenowe pokazują obietnicę). Ale inni inwestują pieniądze i badania nad złożonymi półprzewodnikami, klasą półprzewodników, która składa się z kombinacji pierwiastków z trzeciej i piątej kolumny układu okresowego. (Zobacz Poza krzemem i Utrzymanie prawa Moore'a bez krzemu .)
Półprzewodniki złożone są atrakcyjne dla inżynierów, ponieważ elektrony poruszają się przez nie łatwiej niż przez krzem. Oznacza to, że złożone półprzewodniki mogą działać równie szybko lub szybciej niż tranzystory na bazie krzemu, ale bez konieczności stosowania tak dużego napięcia. A gdy urządzenia się kurczą, ważne jest, aby wymagały niskiego napięcia: w przeciwnym razie przegrzewają się i wyciekają z elektryczności – problemy, które zaczynają nękać krzem. Jednak złożone półprzewodniki nie są łatwe do wyhodowania bezpośrednio na krzemie. Materiały są często niekompatybilne z krzemem – atomy są tak rozmieszczone, że nie układają się dobrze. Po ułożeniu warstw bezpośrednio jeden na drugim powstaje pęknięty kryształ i uszkodzone tranzystory.
Intel zaproponował rozwiązanie problemu niedopasowania atomów w artykule przedstawionym dzisiaj na Międzynarodowe Spotkanie Urządzeń Elektronowych , w Waszyngtonie. Aby zbudować nowe tranzystory, naukowcy ułożyli warstwy półprzewodników złożonych, nazywanych arsenkiem indu galu i arsenku indu i aluminium.
Kiedy te materiały są ułożone w stos, ich właściwości elektroniczne oddziałują, tworząc studnie kwantowe – miejsca, w których mogą być zamknięte naładowane cząstki, takie jak elektrony – które działają jak tranzystory, mówi Michael Mayberry , dyrektor ds. badań nad komponentami i wiceprezes działu technologii i produkcji Intela. Aby uniknąć naprężeń i pęknięć, naukowcy dodali warstwy buforowe do dwóch materiałów. Sztuką jest upewnienie się, że warstwy buforowe zawierają koncentrację atomów, które są nieco bardziej kompatybilne z krzemem. Jednak w miarę dodawania kolejnych warstw odstęp atomowy idealnie dopasowuje się do warstw tranzystora. Mayberry twierdzi, że bufor ma grubość nieco ponad jednego mikrometra i zapobiega wszelkim defektom tranzystorów.
Oczywiście, wielu badaczy proponowało dodanie warstw buforowych między materiałami krzemowymi i niesilikonowymi. Na przykład firma o nazwie Bursztynowa fala , w Salem w stanie NH, założona przez Gene Fitzgeralda, profesora materiałoznawstwa na MIT, stosuje podejście, które wykorzystuje german na pewnego rodzaju waflu krzemowym z wbudowaną warstwą dwutlenku krzemu, materiału izolacyjnego. (Patrz Dodawanie szybkości do Krzem.)
Jednak notatki Jezus del Alamo , który jest również profesorem inżynierii elektrycznej na MIT, podejście Intela jest wyjątkowe, ponieważ naukowcy wyhodowali warstwy buforowe z tego samego materiału, którego używają w tranzystorach. Ponadto, jak mówi, Intel pokazał, że do uzyskania dobrej jakości potrzebna jest tylko cienka warstwa buforowa. Dodaje, że gruba warstwa buforowa, która może mieć do pięciu mikrometrów, jest kosztowna i bardziej podatna na pękanie.
Praca robi wrażenie, mówi del Alamo. Jeśli uda Ci się nanieść strukturę warstwową na krzem, wówczas podłoża w dotyku i wyglądzie przypominają krzem, a wszystkie narzędzia opracowane do produkcji krzemu można ponownie wykorzystać w tej nowej technologii.
Mimo to Mayberry zauważa, że istnieje kilka problemów, które należy rozwiązać, zanim te tranzystory pojawią się w elektronice użytkowej. Po pierwsze, bramka lub wyłącznik w przypadku tych nowych tranzystorów jest stosunkowo duża i wynosi 80 nanometrów. Mayberry mówi, że inżynierowie będą musieli to zmniejszyć, aby chipy miały stosunkowo wysoką gęstość tranzystorów. Dodaje, że w międzyczasie niektóre z tych materiałów mogą znaleźć zastosowanie w procesie tworzenia chipów, które zostaną wykorzystane w konkretnych komponentach mikroprocesorów.