Ar ateities lustai galės veikti be silicio? Mokslininkai kuria naujos kartos tranzistorius

Sekite TechNaujienos Google

Silicis dešimtmečius yra pagrindinė kompiuterių lustų medžiaga, tačiau mokslininkai vis aktyviau tiria alternatyvius puslaidininkius, kurie galėtų geriau veikti itin mažuose tranzistoriuose. Belgijos tyrimų centro „imec“ 2026 metų pranešime aprašytas kartu su ASML ir TSMC pasiektas pažangos etapas: dvimačių medžiagų tranzistoriai integruoti taikant 300 mm plokštelių gamybai artimą procesą. Tai reikšmingas laboratorinių technologijų perkėlimo į pramonę žingsnis.

Dvimatėmis vadinamos medžiagos, kurių aktyvusis sluoksnis yra itin plonas, kartais vos vieno atominio sluoksnio. Tokios struktūros gali suteikti naujų būdų valdyti elektros srovę, kai silicio tranzistorių matmenys artėja prie sudėtingų fizinių ribų.

Tranzistorius veikia kaip labai mažas elektrinis jungiklis. Kompiuterio procesoriuje jų yra daugybė, o greitis ir energijos sąnaudos priklauso nuo to, kaip patikimai ir efektyviai jie įsijungia bei išsijungia. Kai komponentai mažėja, vis sunkiau suvaldyti nepageidaujamą elektros srovės nutekėjimą.

Ką parodė „imec“, ASML ir TSMC tyrimas

Partneriai demonstravo n tipo ir p tipo tranzistorius, kurių aktyvūs kanalai formuojami iš molibdeno bei volframo junginių. Tyrimo esmė ne tik atskiro mikroskopinio elemento veikimas, bet ir galimybė naudoti pažangios lustų gamybos metodams artimą procesą.

Naujausi straipsniai

4 min. skaitymo • prieš 1 val

Kodėl „Microsoft“ nepavyko įsitvirtinti išmaniųjų telefonų rinkoje? „Nokia“ sandorio pamokos

4 min. skaitymo • prieš 1 val

Kodėl pasaulis taip priklausomas nuo Taivano lustų gamintojos TSMC?

4 min. skaitymo • prieš 1 val

Kaip „Nvidia“ iš vaizdo plokščių gamintojos tapo dirbtinio intelekto infrastruktūros pagrindu?

Visi naujausi straipsniai →

Būtent gamybos mastelis dažnai tampa kliūtimi naujoms medžiagoms. Laboratorijoje pagamintas tranzistorius gali rodyti gerus rezultatus, bet pramonėje reikia šimtų milijonų ar milijardų panašių elementų, kurie veiktų patikimai. Svarbi plokštelių kokybė, vienodumas ir defektų kontrolė.

Kol kas tai nėra įrodymas, kad visas įprastas procesorius artimiausiu metu bus gaminamas be silicio. Tikėtina, kad naujos medžiagos pirmiausia bus integruojamos į tam tikras lustų dalis, išlaikant daug esamos gamybos infrastruktūros.

Kodėl silicis dar ilgai išliks svarbus

Silicio privalumas yra ne tik jo fizikinės savybės. Per kelis dešimtmečius aplink jį sukurta milžiniška įrangos, projektavimo programų, standartų ir kompetencijų ekosistema. Nauja medžiaga turi įrodyti ne tik geresnius laboratorinius parametrus, bet ir priimtiną gamybos kainą, patikimumą bei suderinamumą.

Tyrimams naudojamos ir kitos alternatyvos, pavyzdžiui, galio nitridas, ypač svarbus tam tikriems galios ir aukšto dažnio elektronikos sprendimams. Tačiau tai nereiškia, kad visos tokios medžiagos tiesiogiai pakeis silicį universaliuose procesoriuose.

Apie kitus naujų medžiagų tyrimus portalas jau rašė anksčiau. Dabartinė dvimačių tranzistorių kryptis yra platesnės technologinės paieškos dalis: siekiama ne bet kokia kaina atsisakyti silicio, o išspręsti konkrečius energijos, tankio ir valdymo iššūkius.

Viena pagrindinių problemų mažinant tranzistorius yra vis stipriau pasireiškiantys kvantiniai efektai. Kai atskiri sluoksniai tampa itin ploni, elektronai gali prasiskverbti ten, kur pagal idealizuotą jungiklio modelį srovė neturėtų tekėti. Tai didina energijos nuostolius ir apsunkina patikimą įjungimo bei išjungimo būsenų atskyrimą.

Dvimačių medžiagų pranašumas – galimybė sukurti beveik atominio storio aktyvų sluoksnį, bet vien plonumas dar negarantuoja geresnio lusto. Inžinieriai taip pat turi išspręsti kontaktų, defektų, medžiagos vienodumo ir ilgalaikio patikimumo problemas. Jei naujas tranzistorius laboratorijoje veikia gerai, tačiau pramonėje pasitaiko daug brokuotų elementų, jo komercinė vertė gali būti ribota.

Kita kryptis – trimatis skirtingų medžiagų integravimas. Užuot vien mažinus kiekvieną komponentą, galima įvairias funkcijas išdėstyti keliais sluoksniais ir trumpinti duomenų perdavimo kelius. Tačiau taip atsiranda naujų šilumos, gamybos suderinamumo ir testavimo iššūkių. Todėl ateities lustų pažanga greičiausiai priklausys nuo kelių technologijų derinio.

Naujų medžiagų diegimas užtrunka ir dėl gamyklų infrastruktūros. Pažangios gamybos linijos kainuoja milijardus, todėl bet kuri alternatyva turi būti pritaikoma esamiems kokybės kontrolės ir projektavimo procesams. „imec“ demonstracija svarbi kaip žingsnis link tokio suderinamumo, tačiau technologijos paplitimas priklausys nuo tolesnių bandymų ir gamintojų ekonominių sprendimų.

Jeigu tokias medžiagas pavyks patikimai gaminti pramoniniu mastu, ateities lustai galėtų derinti kelias puslaidininkių technologijas. Tačiau iki masinės gamybos dar būtini ilgaamžiškumo, kokybės ir integracijos bandymai.