Kategorie
Technika

Bardziej wydajny tranzystor stanowi zagrożenie dla panowania krzemu

tranzystor
Tranzystory, a zwłaszcza tranzystory wykonane z krzemu, to podstawa nowoczesnej elektroniki. Od tosterów po telewizory, tranzystory pojawiają się w prawie każdym obwodzie elektrycznym. Stają się również coraz mniejsze, co jest szczególnym problemem, jeśli chodzi o zużycie energii, ciepło i, jak na ironię, ogólny rozmiar urządzenia. Zapakuj za dużo tranzystorów do urządzenia i o dziwo zaczynasz wpadać na ścianę.

Prawo Moore’a mówi, że liczba tranzystorów, które możemy umieścić w naszych urządzeniach elektronicznych, rośnie wykładniczo. Jednak ten trend musi mieć swoje granice. Im mniejsze tranzystory (mówimy o tranzystorach, które obecnie mają tylko kilka nanometrów szerokości), tym trudniej jest usunąć generowane przez nie odpady i tym bardziej urządzenia się nagrzewają, co ogranicza rozmiar urządzenia. W połączeniu z rosnącym zapotrzebowaniem na szybsze i mniejsze urządzenia elektroniczne inżynierowie stają przed dylematem. Autor Peter A. Dowben, profesor fizyki na University of Nebraska Lincoln, powiedział w komunikacie prasowym:

„Tradycyjne układy scalone mają poważne problemy… Więc potrzebujesz czegoś, co możesz zmniejszyć, jeśli to możliwe. Co jednak najważniejsze, potrzebujesz czegoś, co zachowuje się inaczej niż tranzystor krzemowy, dzięki czemu można znacznie zmniejszyć zużycie energii.

Naukowcy z University w Buffalo i University of Nebraska Lincoln połączyli siły w nowym badaniu – opublikowanym w Journal of Advanced Materials – w celu zaprojektowania wydajniejszego tranzystora wolnego od krzemu, który mógłby umożliwić kurczenie się małych półprzewodników. Tranzystory zwykle obliczają, przepychając elektrony przez bramkę: kiedy elektrony przechodzą przez bramkę, jest to 1, a kiedy nie, to jest to 0. Ale Keke He, Jonathan P. Bird i ich zespół badawczy odkryli nowy sposób projektowania tranzystorów. przez wirowanie elektronów, a nie ich przepływ.

tranzystory

Elektrony mogą obracać się w jednym z dwóch kierunków: w górę lub w dół. Zgadłeś, że te kierunki mogą odpowiadać kierunkom i zerom kodu binarnego. Najpierw zespół rozpoczął od monowarstwy grafenu, przez którą przepływają elektrony. Warstwa grafenowa jest ważna, ponieważ grafen ma wyjątkową właściwość, która umożliwia elektronom utrzymywanie orientacji spinu na stosunkowo dużych odległościach. Pod warstwą grafenu znajduje się warstwa tlenku chromu.

Gdy przyłożone jest napięcie dodatnie, elektrony w tlenku chromu obracają się, a elektrony w grafenie obracają się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Gdy napięcie jest ujemne, elektrony tlenku chromu spadają, a elektrony grafenu obracają się zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Te dwie unikalne konfiguracje wytwarzają łatwe do wykrycia sygnały, które mogą odpowiadać odpowiednio jedynce i zerowi.

Dowben wyjaśnia, że ​​mogą istnieć inne sposoby wytwarzania tranzystorów analogowych. „Teraz każdy może wejść do gry, zastanawiając się, jak zrobić tranzystor, który jest naprawdę dobry, konkurencyjny, a nawet lepszy niż krzem”.

Do tej pory badacze tego typu tranzystora, znanego jako tranzystor elektromagnetyczny, są podekscytowani zdolnością krzemu do przekraczania granic. W komunikacie prasowym badania stwierdzono, że tranzystory elektromagnetyczne mogą zmniejszyć „do 75%” ilość tranzystorów potrzebnych do przechowywania niektórych danych, co może prowadzić do tego, że małe urządzenia będą chłodniejsze i chłodniejsze, ale także zmniejszą globalne zużycie energii cyfrowej o 5%. To oszacowanie strat mocy wynika również ze zdolności tych tranzystorów do zapamiętywania dokładnie, gdzie ich użytkownik się zatrzymał, nawet po wyłączeniu zasilania.

Ponadto, jeśli pandemia nauczyła nas czegoś o technologii produkcji, to tego, że przemysł może wycisnąć tylko tyle krzemu. Tranzystory elektromagnetyczne mają jeszcze długą drogę do przebycia, ale półprzewodniki wciąż mogą zyskać na nowym wyglądzie.