Новый германий-оловянный транзистор — шаг на пути к оптической передаче данных на кристалле
Ученые из Forschungszentrum Jülich изготовили транзистор нового типа из сплава германия и олова, который имеет ряд преимуществ по сравнению с обычными переключающими элементами. Носители заряда могут двигаться в материале быстрее, чем в кремнии или германии, что позволяет работать при более низких напряжениях. Таким образом, транзистор кажется многообещающим кандидатом для будущих маломощных высокопроизводительных чипов и, возможно, также для разработки будущих квантовых компьютеров.
За последние 70 лет количество транзисторов на кристалле удваивалось примерно каждые два года — в соответствии с законом Мура, который действует и сегодня. Схемы соответственно стали меньше, но конец этому развитию, похоже, уже близок. Уже давно ученые ищут замену кремнию, основному материалу, используемому в полупроводниковой промышленности.
— Цин-Тай Чжао из Института Петера Грюнберга.
В основном внимание исследователей сосредоточено на германии, который уже использовался в первые дни компьютерной эры. Электроны в германии могут двигаться намного быстрее, чем в кремнии, по крайней мере теоретически. Однако Цин-Тай Чжао и его коллеги пошли еще дальше. Чтобы еще больше оптимизировать электронные свойства, они включили атомы олова в кристаллическую решетку германия. Метод был разработан несколько лет назад в Институте Петера Грюнберга (PGI-9) исследовательского центра Юлиха.
— Цин-Тай Чжао.
Еще одним преимуществом нового сплава материала является то, что он совместим с существующим процессом изготовления микросхем КМОП. Германий и олово принадлежат к той же основной группе периодической таблицы, что и кремний. Таким образом, германий-оловянные транзисторы можно интегрировать непосредственно в обычные кремниевые чипы на существующих производственных линиях.
Помимо классических цифровых компьютеров, квантовые компьютеры также могут извлечь выгоду из германий-оловянного транзистора. Много раз предпринимались попытки интегрировать части управляющей электроники непосредственно в квантовый чип, который работает внутри квантового компьютера при температурах, близких к абсолютному нулю. Измерения показывают, что транзистор из германия и олова будет работать в этих условиях значительно лучше, чем транзистор из кремния.
— Цин-Тай Чжао.
Кроме того, германий-оловянный транзистор является еще одним шагом на пути к оптической передаче данных на кристалле. Передача информации с помощью световых сигналов уже является стандартной во многих сетях передачи данных, поскольку она значительно быстрее и энергоэффективнее, чем передача данных по электрическим проводам. Однако в области микро- и наноэлектроники данные обычно по-прежнему передаются с помощью электричества.
Коллеги из юлихской рабочей группы уже разработали германий-оловянный лазер, открывающий возможность оптической передачи данных непосредственно на кремниевый чип. Наряду с этими лазерами германий-олово транзистор обеспечивает многообещающее решение для монолитной интеграции наноэлектроники и фотоники на одном чипе.
За последние 70 лет количество транзисторов на кристалле удваивалось примерно каждые два года — в соответствии с законом Мура, который действует и сегодня. Схемы соответственно стали меньше, но конец этому развитию, похоже, уже близок. Уже давно ученые ищут замену кремнию, основному материалу, используемому в полупроводниковой промышленности.
Мы достигли стадии, когда структуры имеют размер всего от 2 до 3 нанометров. Это примерно равно диаметру 10 атомов, что приводит нас к пределам возможного. Идея состоит в том, чтобы найти материал с более благоприятными электронными свойствами, который можно было бы использовать для достижения тех же характеристик с более крупными структурами
— Цин-Тай Чжао из Института Петера Грюнберга.
В основном внимание исследователей сосредоточено на германии, который уже использовался в первые дни компьютерной эры. Электроны в германии могут двигаться намного быстрее, чем в кремнии, по крайней мере теоретически. Однако Цин-Тай Чжао и его коллеги пошли еще дальше. Чтобы еще больше оптимизировать электронные свойства, они включили атомы олова в кристаллическую решетку германия. Метод был разработан несколько лет назад в Институте Петера Грюнберга (PGI-9) исследовательского центра Юлиха.
Система германий-олово, которую мы тестировали, позволяет преодолеть физические ограничения кремниевой технологии. В экспериментах германий-оловянный транзистор демонстрирует подвижность электронов в 2,5 раза выше, чем у сопоставимого транзистора из чистого германия
— Цин-Тай Чжао.
Еще одним преимуществом нового сплава материала является то, что он совместим с существующим процессом изготовления микросхем КМОП. Германий и олово принадлежат к той же основной группе периодической таблицы, что и кремний. Таким образом, германий-оловянные транзисторы можно интегрировать непосредственно в обычные кремниевые чипы на существующих производственных линиях.
Высокий потенциал для компьютеров будущего
Помимо классических цифровых компьютеров, квантовые компьютеры также могут извлечь выгоду из германий-оловянного транзистора. Много раз предпринимались попытки интегрировать части управляющей электроники непосредственно в квантовый чип, который работает внутри квантового компьютера при температурах, близких к абсолютному нулю. Измерения показывают, что транзистор из германия и олова будет работать в этих условиях значительно лучше, чем транзистор из кремния.
Задача состоит в том, чтобы найти полупроводник, переключение которого может быть очень быстрым при низком напряжении при очень низких температурах. Для кремния эта кривая переключения выравнивается ниже 50 Кельвинов. Затем транзисторам требуется высокое напряжение и, следовательно, большая мощность, что в конечном итоге приводит к выходу из строя чувствительных квантовых битов из-за нагрева. Германий-олово работает лучше при этих температурах при измерениях до 12 Кельвинов, и есть надежда использовать этот материал при еще более низких температурах
— Цин-Тай Чжао.
Кроме того, германий-оловянный транзистор является еще одним шагом на пути к оптической передаче данных на кристалле. Передача информации с помощью световых сигналов уже является стандартной во многих сетях передачи данных, поскольку она значительно быстрее и энергоэффективнее, чем передача данных по электрическим проводам. Однако в области микро- и наноэлектроники данные обычно по-прежнему передаются с помощью электричества.
Коллеги из юлихской рабочей группы уже разработали германий-оловянный лазер, открывающий возможность оптической передачи данных непосредственно на кремниевый чип. Наряду с этими лазерами германий-олово транзистор обеспечивает многообещающее решение для монолитной интеграции наноэлектроники и фотоники на одном чипе.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Таинственная «дверь» обнаружена в Антарктиде
Теория заговора против официальной науки: кто окажется прав?...
15 000 американских городов станут призраками в ближайшие десятилетия
Ученые уверены, что «там просто некому будет жить»....
Не по вкусу: комары пьют кровь не у всех подряд
Полезно понимать для защиты от опасных насекомых....
НЛО управляют армией беспилотников, которые следят за военными базами США
Загадочные дроны буквально терроризируют американских военных летчиков....
Странный случай: укус змеи подействовал на австралийца спустя 15 часов
Только 10% укушенных на самом деле получают дозу яда....
Собаки поднялись на новую ступень эволюции
Третья стадия одомашнивания — что это значит?...
20 млн жителей США могут остаться без воды
Великие озера поразила небывалая засуха....
Первые оседлые люди в Европе: в Сербии обнаружили дом возрастом 8000 лет
Обгорелое жилище перевернуло представления о ранних поселенцах....
Вспененный гель быстро останавливает кровотечение и снижает риск заражения
Учёные изобрели спасающую жизнь «повязку»....
Кошки могут понимать многие слова
Но для экспериментов голос хозяина произносил бессмыслицу....
Google срочно переходит на атомную энергию
АЭС опасны, но у Америки просто нет выхода....
Первая частная космическая станция появится на орбите в 2025 году
Комплекс, созданный с учетом проблем астронавтов, потянул на миллиард долларов....
Американские ученые отрицают ускорение глобального потепления
Формально, так и есть, но это ещё не всё....
Окаменелости в Индии рассказали о самом раннем случае разделки слонов людьми
Это произошло не менее 300 тысяч лет назад....
Детекторы ИИ ложно обвинили студентов в плагиате
Ничто не ново на всё 100%....
Режиссер фильма «Я, робот» утверждает, что Илон Маск крадет его идеи
Смех смехом, но новые проекты Маска удивительно похожи на кадры из фильма....