Исследователи ищут замену кремнию

10 июля 2024, 15:42 / Технологии → Новости / Технологии

Исследователи из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) Министерства энергетики США разрабатывают чипы следующего поколения, которые будут меньше, тоньше и эффективнее. Исследовательская группа под руководством Шоаиба Халида изучает возможность использования дихалькогенида переходного металла (TMD) для замены кремния в процессорах.

В интервью Tom's Hardware Шоаиб сказал: «Чипы

становятся все меньше и меньше, так что их предел с точки зрения функциональности и размера почти достигнут». Закон Мура гласит, что количество транзисторов в полупроводниках будет удваиваться каждые два года. Однако по мере того, как технологические узлы становятся меньше, ожидается, что действие закона Мура замедлится до трех лет вместо обычных двух. После этого мы вскоре достигнем физических пределов полупроводников, когда начнем достигать масштаба в два нанометра или меньше.

Шоаиб и его команда исследуют возможность использования TMD в качестве 2D-материала для замены нынешней конструкции 3D-чипов. TMD могут быть тонкими, как три атома, и действовать как металлический сэндвич — в «хлебе» используются халькогенные элементы, также известные как элементы из семейства кислорода. Это может быть кислород, сера, селен или теллур. Тогда любой переходный металл может служить наполнителем «сэндвича».

Поскольку TMD очень тонкие, малейшие изменения, такие как отсутствие или дополнительный атом в любом слое, могут повлиять на характеристики материала. Хотя эти изменения называются «дефектами», они не обязательно являются нежелательным явлением. Например, присутствие водорода в процессе производства TMD вызывает избыток электронов. Это дает ДВНЧС отрицательный заряд.

Изображение: С. Халид, Б. Медасани и А. Джанотти / PPPL и Университет Делавэра

Шоаиб сказал: «В зависимости от типа и характера дефектов они ведут себя в материале по-разному и могут изменить свойства материала. Например, они могут создавать в материале лишние электроны, делая его n-типом (материал с большим количеством электронов) или создавать больше дырок, делая его p-типом (материал с большим количеством дырок или положительным зарядом)».

В компьютерных чипах используется комбинация отрицательно заряженного (n-типа) и положительно заряженного (p-типа) материала для обеспечения лучшей электропроводности. Современная полупроводниковая технология специально использует легирование для получения этих свойств. Зная, как возникают дефекты в TMD, мы можем затем создать материалы n-типа и p-типа, но в атомном масштабе.

Принципы, лежащие в основе кремниевых полупроводников и TMD, одинаковы, но последние имеют ряд преимуществ. Шоаиб говорит, что TMD имеют настраиваемую запрещенную зону, управляемую путем изменения количества слоев; они могут быть тонкими, как монослой высотой всего в три атома. Для их создания можно использовать разные материалы, они гибкие, но прочные. «В конце концов, цель состоит в том, чтобы получить более умные и дешевые чипы», — говорит Шоаиб.

Проблемы, которые Шоаиб и его команда решают сегодня, вероятно, те же, с которыми 50 лет назад столкнулись исследователи, работающие над первыми полупроводниками. Однако они работали в большем масштабе. Команда PPPL решает ту же проблему, но на атомарном уровне.

Итак, как скоро мы увидим TMD внутри наших телефонов и ПК? TSMC уже рассматривает возможность создания 1-нм чипов, а другие компании представляют план перехода на субнанометровые транзисторы к 2036 году. «Такие компании, как Intel, уже работают над созданием транзисторов на основе этих TMD», — говорит Шоаиб. «Я думаю, что к 2030 году у нас может быть настоящий транзистор TMD, который можно будет использовать в устройствах».

Источник: Tomshardware.com