Самый маленький транзистор: Ученые создали самый маленький полупроводниковый транзистор

Содержание

Ученые создали самый маленький полупроводниковый транзистор

Мы уже затрагивали тему сложностей, встающих на пути производителей процессоров, стремящихся время от времени уменьшать размеры транзисторов для производства более современных и более мощных чипов. Когда с проблемой не могут справиться инженеры, в дело вступают ученые.

Исследовательская команда под руководством Али Джавей из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли Министерства энергетики США создала транзистор с функционирующим затвором (гейтом) размером 1 нанометр. По словам ученых, это самый маленький работающий транзистор из когда-либо созданных. Для сравнения: толщина обычного человеческого волоса составляет около 50 000 нанометров.

Важность производства более компактных транзисторов заключается в том, что чем меньше транзистор, тем больше их может поместиться на одном компьютерном чипе. Желание делать транзисторы меньше продиктованы так называемым законом Мура – теории, согласно которой каждые 24 месяца число транзисторов на интегральной схеме должно удваиваться.

«До этого момента теоретическим лимитом размера затвора (гейта), сохраняющим его функциональные свойства, считался размер 5 нанометров. Объясняется это тем, что при меньшем размере туннелирование электронов будет происходить напрямую от истока сразу к стоку. То есть затвор просто не будет успевать выполнять свою основную задачу», — говорит Джавей.

«Наша работа показывает, что при правильном выборе материала и архитектуры интегральной схемы даже нанометровый затвор способен сохранять все свои характеристики и функции».

К слову, о материалах. Размер в 1 нанометр не позволяет использовать те материалы и методы, которые обычно применяются для производства этих компонентов. Поэтому ученые использовали полые цилиндрические углеродные нанотрубки.

Как отмечает Джавей, разработка такого затвора лишь доказывает возможность такого уровня производства.

«Мы не создавали чипов на базе таких транзисторов, повторяя процесс миллионы раз. Мы также не создавали никаких производственных схем, позволявших снизить вредные сопротивления. Однако эта работа показывает, что теперь мы не ограничены размером затворов для транзисторов в 5 нанометров. При грамотной отладке, подборе полупроводникового материала и архитектуры закон Мура еще поживет».

Ученые создали самый маленький транзистор в мире на основе углеродных нанотрубок

Поскольку полупроводниковая отрасль уже практически добралась до наноразмерного уровня, с каждым годом становится все тяжелей и тяжелей соблюдать известный всем закон Гордона Мура, согласно которому количество транзисторов на чипах процессоров и их вычислительная мощность должны удваиваться каждые два года. И недавно специалисты компании IBM нашли еще один путь, благодаря которому закон Мура сможет продолжать действовать еще некоторое время. Используя углеродные нанотрубки, состоящие из одного из самых тонких материалов в природе, ученые IBM создали транзисторы с самыми маленькими на сегодняшний день размерами их элементов.

Воспользуйтесь нашими услугами

Но при этом, новые транзисторы существенно выигрывают у кремниевых аналогов по скорости их работы. Следует отметить, что ученые уже достаточно давно экспериментируют с транзисторами на углеродных нанотрубках, крошечных трубках, диаметром около 1 нанометра, стенки которых состоят из атомов углерода и имеют толщину в один атом.

Однако ученые постоянно сталкиваются с массой трудностей технического и технологического плана. Эти трудности заставляют исследователей идти на компромиссы, некоторые из которых определяют, что для обеспечения высокой скорости и эффективности работы, размеры нанотрубочных транзисторов должны быть больше размеров традиционных кремниевых транзисторов, которые составляют сейчас порядка 100 нанометров.

Для уменьшения размеров транзистора ученые IBM использовали новую технологию, позволившую им установить на основании электроды, размером в 10 нанометров, подающие или отводящие электрический ток от углеродной нанотрубки. Эти электроды изготовлены из молибдена, материала, который хорошо сочетается и контактирует с углеродом на концах нанотрубок. А добавка кобальта к материалу электродов позволила проводить технологический процесс при более низкой температуре.

Но для того, чтобы транзистор можно было использовать в практических целях, он должен иметь возможность проводить больший электрический ток, нежели может провести через себя одна углеродная нанотрубка. Ученым удалось “уложить” параллельно несколько нанотрубок, длина которых равнялась всего 7 нанометрам и надежно соединить их концы с молибденово-кобальтовыми электродами.

В результате всего перечисленного выше полный размер структуры нанотрубочного транзистора составил всего 40 нанометров. Так как первые такие транзисторы являются лишь опытными образцами, приводить их точные характеристики не имеет никакого смысла, стоит упомянуть лишь, что новые транзисторы имеет более высокую скорость работы и эффективность, нежели ближайшие кремниевые аналоги.

В ближайшем времени специалисты компании IBM планируют заняться изготовление нанотрубочных транзисторов, в которых будут использованы нанотрубки, длиной в 5 нанометров. И такие транзисторы, за счет меньшей длины канала, смогут работать еще на более высоких скоростях, потребляя меньше энергии, чем требуется транзисторам с 7-нм нанотрубками.

Воспользуйтесь нашими услугами

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!

Создан самый маленький транзистор на сегодняшний день

www.dailytechinfo.org

10 октября 2016, 12:42

Уже больше десятилетия идет гонка по сокращению размеров отдельных компонентов современных чипов. Ученые и инженеры выяснили, что нижним теоретическим порогом этих размеров является размер в 5 нанометров, после чего работоспособность элементов транзисторной логики будет утеряна вследствие увеличения влияния эффектов квантовой механики. И, можно сказать, что гонка, о которой упоминалось немного выше, близится к финишной черте, ведь размеры транзисторов, располагающихся на кристаллах самых современных чипов, равны 20 нанометрам, что всего в четыре раза больше теоретического предела. Однако, исследователи из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) бросили вызов существующим законам физики и добились успеха в этом деле. Они создали транзистор, управляющий электрод (затвор) которого имеет размер всего 1 нанометр. Для сравнения, самый тонкий человеческий волос имеет диаметр 50 000 нанометров.

Ключом к успеху в деле создания нового транзистора является использование нескольких инновационных материалов — углеродных нанотрубок и дисульфида молибдена (MoS2). Дисульфид молибдена или молибденит относится к классу двухмерных полупроводниковых материалов и онобладает огромным потенциалом для его использования в светодиодах, полупроводниковых лазерах, транзисторах, солнечных батареях и т.п.

Структура транзистора

Стандартные транзисторы имеют три электрода, сток, исток и затвор. Электрический ток течет через транзистор от стока к истоку, а управляет этим током потенциал, подаваемый на затвор. Величина и полярность этого потенциала может включить или выключить транзистор. В новом транзисторе исследователи использовали тот эффект, что электроны передвигаются в слое молибденита, встречая большее сопротивление, нежели чем в кремнии. Это, в свою очередь, мешает им совершить квантовый туннельный переход на другой электрод, что делает текущий через транзистор ток абсолютно неуправляемым.

Снимок структуры транзистора

Разобравшись с созданием полупроводникового канала будущего транзистора, ученые приступили к созданию 1-нанометрового управляющего электрода, затвора, что оказалось весьма и весьма сложным делом. Обычные литографические технологии уже не работают на этом масштабе, поэтому ученым пришлось обратить свое внимание на углеродные нанотрубки, полые углеродные трубки, диаметр которых может быт равен 1 нанометру.

 

Когда ученым удалось создать из углеродной нанотрубки затвор транзистора, они произвели измерение всех характеристик получившегося у них устройства. Оказалось, что такой транзистор вполне работоспособен и потенциал на «нанотрубочном» затворе позволяет эффективно управлять током через транзистор.

 

«Однако, наш транзистор является лишь доказательством работоспособности новой идеи. Мы еще не разработали технологию создания множества таких транзисторов на чипе, кроме этого, мы пока изготовили и испытали лишь несколько образцов нанометровых транзисторов, — пишут ученые. — Тем не менее, все это является демонстрацией того, что размеры транзистора могут быть уменьшены ниже 5 нанометров. И мы надеемся на то, что наша работа в будущем позволит закону Гордона Мура продержаться еще некоторое время».

 

 

Источник: www.dailytechinfo.org

 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!

Email*

Подписаться

Ученым удалось создать самый маленький в мире транзистор

Созданный учеными транзистор имеет ширину чуть большую, чем толщина волоса, всего 1 нанометр. В отличии от обычных транзисторов ученые использовали не кремний.

Такой крошечный транзистор стал нужен инженерам для увеличения производительности оборудования за счет наполнения интегральных схем большим количеством миниатюрных транзисторов. Невероятно, но это поможет сохранить спорный закон Мура. Гордон Мур в свое время выдвинул теорию о том, что количество транзисторов в интегральной схеме будет удваиваться примерно каждые два года, что поможет создать более сложные, мощные и производительные компьютерные процессы.

К сожалению, закон Мура уже подвергался сомнению, так как транзисторы уже стали крошечными и было маловероятно создание еще более мелких транзисторов. Но теперь, благодаря команде исследователей из Калифорнийского Университета Беркли, транзисторы прошли 5-нанометровый порог, который ранее считался вершиной эволюции элемента.

«Мы сделали самый маленький транзистор, из зарегистрированных на сегодняшний день», — говорит исследователь Али Джавей, руководитель отдела материаловедения лаборатории Беркли: «Мы показали транзистор в 1 нанометр, показывающий, что с выбором подходящих материалов, есть много больше возможностей для сокращения нашей электроники».

Команда сумела создать крошечную деталь при помощи углеродных нанотрубок с материалом дисульфид молибдена. В обычных транзисторах из кремния электроны не сталкиваются с сильным сопротивлением, в новой конструкции сопротивления больше, но при условии крошечных размеров подобное замедление хода — выгодно, так как это позволяет их контролировать. Интересно, что для кремния 5-нанометровый транзистор стал пределом, так как при меньших объемах электроны начинают перескакивать от одного транзистора к другому и устраивать маленький нанохаос, выводя всю систему из строя своими сигналами.

«Это означает, что мы не можем выключить транзистор», — говорит ведущий исследователь Суджей Десаи: «Электроны выходят из-под контроля».

У нового транзистора уже прошли испытания, которые показали, что он способен контролировать электроны.

Несмотря на успех, команда признает, что надо пройти длинный путь, прежде чем мы будем использовать 1-нанометровые транзисторы в наших компьютерах и смартфонах. Но мы теперь знаем, что такие маленькие выключатели могут работать, а ученые должны выяснить, как надежна их работа и оптимизировать ее.

Создан транзистор размером в нанометр