Китайский чип «2D» вскоре можно будет использовать для производства микросхем без кремния
Достижения в области материалов и архитектуры могут привести к созданию микросхем без использования кремния благодаря новому типу транзисторов.
В новом исследовании учёные заявили, что 2D-транзисторы из висмута менее хрупкие и более гибкие, чем транзисторы, изготовленные из обычного кремния. (Изображение предоставлено: mailsonpignata / 500px через Getty Images)
Исследователи из Китая утверждают, что создали новый транзистор без использования кремния, который может значительно повысить производительность при одновременном снижении энергопотребления. Команда разработчиков заявляет, что эта разработка представляет собой новое направление в исследованиях транзисторов.
По словам учёных, новый транзистор можно интегрировать в микросхемы, которые однажды смогут работать на 40% быстрее, чем лучшие из существующих кремниевых процессоров, производимых американскими компаниями, такими как Intel. Об этом сообщается в South China Morning Post (SCMP).
Несмотря на такое значительное увеличение мощности, исследователи утверждают, что такие чипы будут потреблять на 10% меньше энергии. Ученые описали свои выводы в недавнем исследовании, опубликованном 13 февраля в журнале Nature.
Ведущий автор исследования Хайлин Пэн, профессор химии в Пекинском университете (PKU) в Китае, рассказал SCMP: «Если инновации в области микросхем, основанные на существующих материалах, считаются «коротким путём», то наша разработка транзисторов на основе двумерных материалов сродни «перестроению».
Новый вид транзистора, не содержащего кремния
Повышение эффективности и производительности стало возможным благодаря уникальной архитектуре чипа, говорится в статье учёных, а именно благодаря созданному ими новому двумерному транзистору без кремния. Этот транзистор представляет собой полевой транзистор с затвором по всему периметру (GAAFET). В отличие от предыдущих передовых конструкций транзисторов, таких как полевой транзистор с рёбрами (FinFET), транзистор GAAFET окружает источники затвором со всех четырёх сторон, а не только с трёх.
На самом базовом уровне транзистор — это полупроводниковое устройство, которое есть в каждом компьютерном чипе. У каждого транзистора есть исток, затвор и сток, которые позволяют транзистору работать как переключателю.
С помощью затвора транзистор управляет потоком тока между выводами истока и стока и может работать как в качестве переключателя, так и в качестве усилителя. Если обернуть затвор вокруг всех сторон истока (или истоков, поскольку некоторые транзисторы содержат несколько истоков) — вместо трёх, как в обычных транзисторах, — это может привести к потенциальному улучшению производительности и эффективности.
Это связано с тем, что полностью изолированный источник обеспечивает лучший электростатический контроль (поскольку потери энергии при разрядах статического электричества меньше), а также возможность более высоких токов привода и более быстрого переключения.
Хотя архитектура GAAFET сама по себе не является чем-то новым, команда PKU использовала в качестве полупроводника селенид висмута, а также создала «атомно-тонкий» двумерный транзистор.
2D-транзисторы из висмута менее хрупкие и более гибкие, чем традиционные кремниевые, добавили учёные в своём исследовании. Висмут обеспечивает лучшую подвижность носителей заряда — скорость, с которой электроны могут перемещаться по нему при воздействии электрического поля. Он также обладает высокой диэлектрической проницаемостью — показателем способности материала накапливать электрическую энергию, — что способствует повышению эффективности транзистора.
Если этот транзистор будет встроен в микросхему, которая окажется быстрее, чем микросхемы производства Intel и других компаний в США, это также позволит Китаю обойти нынешние ограничения на покупку передовых микросхем и наладить производство микросхем в США, перейдя на совершенно другой производственный процесс.