Главная » Разное » Самый маленький в мире транзистор

Самый маленький в мире транзистор


Наука: Наука и техника: Lenta.ru

Американские физики создали самый маленький в мире транзистор. Электронный компонент микросхем имеет длину затвора порядка одного нанометра. Посвященное этому исследование опубликовано в журнале Science.

Уменьшение длины затвора было достигнуто благодаря использованию в транзисторе дисульфида молибдена. Этот материал имеет, по сравнению с кремнием, более низкую диэлектрическую проницаемость, благодаря чему управление напряжением на устройстве может достигаться затвором меньших размеров — углеродной нанотрубкой диаметром один нанометр.

Исследование ученых показало возможность обойти закон Мура, накладывающий ограничение на физические размеры электронных компонентов, при помощи использования специально подобранных материалов и архитектуры. В настоящее время, согласно этому закону, невозможны кремниевые транзисторы с длиной затвора меньше пяти нанометров.

Материалы по теме

00:03 — 30 мая 2016

Между тем ученые не предпринимали попыток компоновки транзисторов на чипе и не приступали к решению проблемы паразитных токов.

В настоящее время самыми прогрессивными считаются кремниевые микросхемы, созданные по 14-нанометровому технологическому процессу. Ведущие чипмейкеры, в частности Intel, Qualcomm и MediaTek, работают над электронными компонентами следующего, 10-нанометрового, поколения.

В университете Беркли создали транзистор размером в нанометр / Хабр


Группа физиков из Национальной лаборатория имени Лоуренса в Беркли создала первый в мире транзистор, размер затвора которого составляет всего лишь один нанометр. Это на порядок меньше, чем размер затворов самых маленьких по размеру современных транзисторов.

«Нам удалось создать самые маленькие на сегодняшний день транзисторы. Размер затвора — один из основных факторов, определяющих размер самого транзистора. Мы добились радикального снижения размера затвора, доказав возможность дальнейшей миниатюризации электроники», — говорит Али Джави (Ali Javey) из Калифорнийского университета в Беркли (США).

Считается, что из-за квантовых ограничений размер затвора кремниевого транзистора не может быть меньше 5 нм. Если попытаться сделать затвор меньшим по размеру, то на работу элемента будет оказывать негативное влияние туннельный эффект. В этом случае транзистор прекращает выполнять свои функции из-за токов утечки и других проблем.

До граничного показателя в 5 нм производители электронных устройств еще не добрались. Сейчас минимальный размер затвора транзисторов составляет 20 нанометров. Но ученые, как видим, уже доказали возможность преодоления лимита в 5 нанометров. Для того, чтобы обойти ограничение по кремнию, для создания миниатюрных электронных элементов специалисты решили использовать другие материалы: дисульфид молибдена, графена или углеродные трубки.

Ученым из Беркли удалось объединить в единую систему дисульфид молибдена (MoS2) и углеродные нанотрубки. Такая комбинация позволила значительно снизить размеры затвора. Самый маленький транзистор в мире состоит из трех основных слоев. Это подложка из кремния, пластинка из диоксида циркония, проходящая через этот материал углеродная трубка и пленка из дисульфида молибдена. Пленка соединяет исток и сток транзистора. Как и кремний, дисульфид молибдена имеет кристаллическую структуру решетки. Но проходящие по MoS 2 электроны тяжелее, чем в кремнии. Это означает, что электроны лучше удерживаются энергетическим барьером затвора.

Ученые говорят о том, что дисульфид молибдена образует листы толщиной в 0,65 нм c низким значением диэлектрической проницаемости. По этой причине небольшие затворы транзисторов смогут вырабатывать электрическое поле, достаточно сильное, чтобы не допустить появления туннельного эффекта. К сожалению, миниатюрные транзисторы, созданные в Беркли — это штучная работа, массово их производить пока нельзя.

«Создав транзистор, мы доказали, что затвор меньшего размера, чем 5 нм — вполне достижимая цель. Это ограничение оказалось преодолимым. И закон Мура может и дальше действовать, при условии, что мы будем выбирать правильные материалы», — заявил Джави. Если специалисты научатся создавать такие транзисторы в промышленных масштабах, то в ближайшее время закон Мура действительно будет продолжать действовать.


Закон Мура выведен Гордоном Муром по результатам эмпирического наблюдения. Согласно закону количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца. Этот «закон» известен уже более полувека. Собственно, это и не закон, но его положения, в целом, справедливы.

Представители Ассоциации полупроводниковой промышленности (Semiconductor Industry Association) этой весной опубликовала исследование, согласно которому в ближайшие шесть лет закон Мура перестанет действовать. Причина — в предельном размере затворов транзисторов, о чем было написано выше. Одна из предлагаемых альтернатив — это создание 3D-чипов с вертикальным расположением ядер, а не горизонтальным. Правда, в этом случае появляется еще одна важная проблема — это перегрев чипов. При объемной конструкции чипы будут нагреваться намного сильнее, и в этом случае во всех системах с электронными компонентами с ветикальной компоновкой ядер нужно будет использовать жидкостное охлаждение.

Некоторые эксперты считают, что закон Мура не выполняется с приписываемой ему точностью. Вполне может быть, что он известен только благодаря корпорации Intel и ее маркетинговой политике. Тем не менее, сейчас это уже больше, чем маркетинг, поскольку многие технологические компании обращают внимание на закономерность, названную законом, долгое время определяющую темпы развития полупроводниковой индустрии.

С момента появления появилось несколько интерпретаций закона Мура:

  • производительность микропроцессоров удваивается каждые два года;
  • плотность транзисторов на чипе увеличивается в два раза каждые 18 месяцев;
  • чипы одного и того же типа становятся в два раза дешевле каждые 18 месяцев;
  • производительность (вычислительная мощность) ПК увеличивается каждые 18 месяцев;
  • число транзисторов в новых чипах удваивается каждые два года.

Результаты работы ученых были опубликованы 7 октября в журнале Science.

Создан самый маленький в мире транзистор (3 фото) » 24Gadget.Ru :: Гаджеты и технологии


До настоящего времени в полупроводниковой промышленности считалось, что транзисторы, выполненные по техпроцессу менее 5-нм, не будут работать, поэтому их разработка и изготовление даже не рассматривались. Но теперь эта теория, пошатнулась благодаря изысканиям научных сотрудников Калифорнийского университета в Беркли. Им удалось создать транзисторы по 1-нм техпроцессу за счет применения углеродных нанотрубок (графен) и дисульфида молибдена (MoS2).

Принято считать, что из-за квантовых ограничений длина затвора в кремниевых транзисторах не может быть меньше 5 нанометров. Причиной тому служит туннельный эффект, когда электроны начинают проходить через энергетический барьер транзистора, и электронный компонент уже не может работать. Для решения этой проблемы ученые использовали конструкцию из трёх слоев — подложки из кремния, пластинки из диоксида циркония с проходящей в ней углеродной нанотрубки и тонкой плёнки дисульфида молибдена, который в сравнении с кремнием обладает более низкой диэлектрической проницаемостью. В результате затвор даже из одной углеродной нанотрубки создает достаточное электрическое поле, чтобы не дать электронам "прыгать" с одного конца транзистора на другой из-за квантового туннелирования.


Важно отметить, что такой результат достигнут не впервые. Ещё в 2008 году исследователи из университета Манчестера использовали графен для создания транзистора по 1-нм техпроцессу, содержащего лишь несколько углеродных колец. Двумя годами ранее корейские ученые использовали технологию FinFET, чтобы перейти на 3-нм техпроцесс. Однако решение учёных из Беркли отличается от ранних открытий стабильностью своей работы.
Впрочем, исследователи из Беркли еще не пытались компоновать новые транзисторы на кристалле и не изучали вопрос производства чипов в промышленных масштабах. В наши же дни самые новейшие процессоры (например, Kaby Lake от Intel) созданы по 14-нанометровому технологическому процессу. Следующий шаг — выпуск чипсетов с длиной затвора 10 нм. Над созданием соответствующей промышленной технологии, которая позволит "печатать" прогрессивные чипы, работают такие признанные чипмейкеры, как Intel, Qualcomm и MediaTek.

Для потребителей данная технологическая революция может означать, что устройства станут ещё мощнее, но с сохранением нынешних размеров, или компактнее.

Источник: engadget.com

Создан самый маленький в мире трёхмерный транзистор

Инженеры из США более чем вдвое уменьшили толщину транзистора по сравнению с коммерческими аналогами. Это достижение позволит создать значительно более мощные компьютеры, лишь слегка изменив технологию производства микросхем.

В 1960-х годах увидел свет знаменитый закон Мура, в своей современной формулировке утверждающий, что количество транзисторов на чипе удваивается каждые два года. Благодаря этому человечество постоянно получает всё более мощные компьютеры: растёт производительность процессоров и объём оперативной памяти.

В последние годы популярной стала технология изготовления очень тонких транзисторов, которые размещаются на чипе вертикально. Как сообщает издание New Atlas, всего несколько лет назад промышленный стандарт толщины таких транзисторов составлял 14 нанометров. Сегодня это 10 нанометров, и всё больше устройств переходят на 7 нанометров, а в опытных образцах используются и пятинанометровые транзисторы.

Для сравнения: атом водорода, самый простой и маленький среди всех химических элементов, имеет размер 0,1 нанометра! Другими словами, уже сегодня коммерческие транзисторы имеют толщину в считанные молекулы. На микросхеме размером с ноготь умещаются десятки миллиардов таких деталей.

Делать их ещё меньше становится всё сложнее, и в последние годы закон Мура начал "пробуксовывать". В связи с этим разные исследовательские группы предлагают такие радикальные решения, как, например, транзистор из одной нанотрубки, слоя толщиной в один атом или нитей ДНК. Однако переход на такие технологии может потребовать полной перестройки всей промышленности, выпускающей микросхемы.

Тем временем инженеры Массачусетского технологического института (MIT) и Университета Колорадо нашли способ уменьшить толщину транзистора, что называется, малой кровью. При этом транзистор остаётся трёхмерным, то есть по всем трём измерениям имеет толщину более одного атома. Предложенное авторами решение потребует лишь немного изменить стандартные технологические процессы.

Авторов интересовало производство транзисторов из арсенида индия-галлия (или InGaAs). Это вещество широко признано как перспективная замена стандартного на сегодняшний день кремния. Транзисторы из него получаются более быстрыми и эффективными.

Толщина большинства созданных авторами транзисторов оказалась менее 5 нанометров

Обычно для его производства на подложку осаждаются вещества, которые вступают друг с другом в химическую реакцию. Продуктом этой реакции и является арсенид индия-галлия. Он остаётся на подложке в виде тонкой плёнки, которая станет материалом для будущих транзисторов.

Затем на заготовку накладывается специальная решётка или, как говорят специалисты, маска. В таком виде полученная плёнка подвергается воздействию света, который вызывает в ней новые химические реакции. В областях, закрытых маской (это и есть будущие транзисторы), реакции не происходят.

Таким образом, на этом этапе плёнка превращается в готовые транзисторы, отделённые друг от другая промежутками из "мусорного вещества", образовавшегося под воздействием света.

Теперь этот "балласт" необходимо удалить. Здесь-то и скрыто новшество.

Традиционные методы предполагают обработку заготовки ионами с высокой энергией. Однако при таком способе "очистки" частично повреждаются и сами транзисторы. Кроме того, при этом заготовка контактирует с воздухом, и окисление снижает потенциальную производительность будущих деталей.

Авторы применили иной метод. Для удаления "мусорного вещества" (травления) заготовка подвергается воздействию фтористого водорода (HF). При этом на ней остаётся атомарно тонкий слой фторидов. Этот слой обрабатывается диметилалюминийхлоридом (АlСl(СН3)2). При этом происходят очередные химические реакции.

После этого заготовка продувается химически неактивным газом. Этот поток уносит побочные продукты, неизрасходованный АlСl(СН3)2… и слой атомов "мусорного вещества". Процесс повторяется сотни раз.

"В каждом цикле мы можем вытравить всего 0,02 нанометра материала. Это дарит нам сверхвысокую точность и тщательный контроль процесса", – говорит соавтор разработки Вэньцзе Лу (Wenjie Lu) из MIT.

Важно, что травление производится в той же камере, что и формирование плёнки из арсенида индия-галлия. Оборудование требуется лишь немного модифицировать, так что производителю не придётся идти на грандиозные траты.

Используя эту технологию, команда изготовила транзисторы стандартного для нынешней техники класса FinFET. Большинство из них получилось толщиной менее пяти нанометров, а самые тонкие – менее 2,5 нанометра. Авторы заявляют, что это рекорд для трёхмерных транзисторов.

Кроме того, эти транзисторы эффективнее обычных, так как в процессе изготовления не подвергались губительному воздействию воздуха.

В частности, новые детали на 60% лучше стандартных по транскондуктивности (transconductance). Если не вдаваться в детали, эта величина определяет, насколько малое напряжение требуется для переключения транзистора из одного состояния в другое.

Кроме того, новшество позволило повысить контрастность – разницу между силой тока, проходящего через транзистор в состоянии "включён" и "выключен". Поясним, что чем больше контрастность, тем выше эффективность вычислений. По утверждению авторов, на сегодняшний день по этому параметру их детище превосходит все остальные FinFET-транзисторы.

Достижение было представлено на Международной конференции по электронным устройствам Института инженеров электротехники и электроники (IEEE IEDM 2018).

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

Создан самый маленький транзистор

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.

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. 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. опубликовано econet.ru 

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet

BBC News | SCI / TECH | Самый маленький в мире транзистор

Автор BBC News Online Science Editor доктор Дэвид Уайтхаус

Ученые создали самый маленький транзистор в мире.

Эта новая конструкция может позволить кремниевым чипам и дальше уменьшаться в размерах. Это также может удвоить скорость обработки некоторых чипов.

50-нанометровый транзистор - примерно 1/2000 ширины человеческого волоса - известен как «вертикальный» транзистор, потому что все его компоненты построены на кремниевой пластине.

Еще одно ключевое отличие состоит в том, что обычный транзистор имеет только один «затвор», который включает и выключает ток.

Вертикальный транзистор, однако, напоминает прямоугольный блок с «затвором» с двух сторон. Это означает, что вертикальный транзистор может почти удвоить скорость обработки некоторых кремниевых чипов.

Кирпичная стена

«Наш вертикальный транзистор в конечном итоге сможет заменить обычный транзистор, который, по мнению многих экспертов в полупроводниковой промышленности, в ближайшие 10 лет упадет в кирпичную стену», - сказал исследователь Bell Labs Джек Хергенротер.

Свет используется для травления узоров на кремниевых чипах. Однако по мере того как транзисторы продолжают уменьшаться в размерах, свет не сможет обеспечить требуемые меньшие функции.

Вертикальный транзистор может решить эту проблему, используя толщину точно контролируемого слоя материала, а не свет, для установки размера затвора.

«Предположим, у вас есть банка с краской и большая кисть, и вас просят нарисовать как можно более тонкую линию», - сказал Хергенротер. «Если бы вы просто попытались нарисовать линию от руки, это было бы похоже на световой подход.

"Однако, если вы покрасите плоскую поверхность, разрежете ее вертикально и посмотрите на край, вы увидите линию толщиной с слой краски. Аналогичный принцип используется в нашем транзисторе для создания самых маленьких затворов. сделано с контролем, которого требует отрасль ".

Изоляционный слой

Вертикальная конструкция транзисторов также может помочь предотвратить еще одну проблему, с которой сталкиваются при создании транзисторов меньшего размера: постоянно сокращающийся изолирующий слой.

Этот слой находится между затвором транзистора и каналом, по которому течет ток, предотвращая таким образом короткое замыкание. В последние годы изолирующие слои резко сократились, чтобы увеличить ток, который могут пропускать транзисторы.

Однако эти слои скоро станут настолько тонкими, что через них могут просачиваться электроны, что приводит к потере энергии и отказу чипов. Многие ученые считают, что это будет конец обычного транзистора.

Промышленность пытается найти альтернативные материалы для изоляционного слоя вместо сегодняшнего диоксида кремния. Основная проблема заключается в том, что большинство потенциальных заменителей чувствительны к высоким температурам, используемым в процессе производства полупроводников.

Вертикальный транзисторный подход устраняет эту проблему, поскольку затвор и изолирующий слой наносятся в последнюю очередь в производственном процессе, после того, как завершены все этапы высокотемпературной обработки.

Транзистор был изобретен тремя учеными из Bell Laboratories в 1947 году.

.

Самый маленький транзистор в мире - Новости

  • Сетевые сайты:
    • Последний
    • Новости
    • Технические статьи
    • Последний
    • Проектов
    • Образование
    • Последний
    • Новости
    • Технические статьи
    • Обзор рынка
    • Образование
    • Последний
    • Новости
    • Мнение
    • Интервью
    • Особенности продукта
    • Исследования
    • Форумы
  • Авторизоваться
  • Присоединиться
    • Авторизоваться
    • Присоединиться к AAC

    • Или войдите с помощью

      • Facebook
      • Google
      • LinkedIn

0:00 / 0:00

  • Подкаст
.

- крупный прорыв, поскольку ученые только что разработали самый маленький в мире транзистор

Мы всегда стремились получить все меньшие и меньшие компоненты, чтобы можно было разместить больше из них в интегральных схемах. И группе ученых удалось создать самый маленький транзистор в мире. Ученым удалось создать переключатель с затвором размером 1 нанометр. Это означает, что мы можем заполнить больше интегральных схем этими меньшими транзисторами. В отличие от любых обычных транзисторов, которые вы, возможно, видели, новые прототипы не сделаны из кремния.Их размер - что-то удивительное, если вы хотите судить, насколько они маленькие, тогда просто знайте, что человеческий волос имеет ширину от 80 000 до 100 000 нанометров (позвольте этому утонуть!).

Мы надеемся сохранить закон Мура с этим новым прорывом

Это новое исследование, проведенное группой из Калифорнийского университета в Беркли, могло существенно сохранить закон Мура. Закон Мура, названный в честь соучредителя Intel Гордона Мура, гласит, что общее количество транзисторов в интегральной схеме будет почти удваиваться каждые два года, тем самым производя более мощные и сложные компьютерные процессоры.Проблема в том, что транзисторы уже настолько крошечные, что у нас почти не осталось способов сделать их еще меньше. Благодаря команде мы преодолели 5-нанометровый порог, который считался максимальной, на которую можно было сжать транзистор.

«Мы сделали самый маленький из известных на сегодняшний день транзисторов, - говорит исследователь Али Джави, руководитель отдела материаловедения лаборатории Беркли. «Мы продемонстрировали транзистор с затвором размером 1 нанометр, показав, что при правильном выборе материалов есть гораздо больше возможностей для сжатия нашей электроники."

Идеальным материалом для использования в обычных транзисторах является кремний; это потому, что электроны легко проходят через них с очень низким сопротивлением. Но Джави и его команда смогли преодолеть порог с большим запасом, потому что они использовали углеродные нанотрубки вместе с материалом под названием дисульфид молибдена (MoS2). Даже несмотря на то, что при использовании MoS2 сопротивление намного больше, это действительно полезно. Эффект замедления, который наблюдается, когда транзисторы очень малы, очень полезен, поскольку помогает контролировать поведение электронов.

Транзистор MoS2 контролирует электроны

Причина, по которой 5-нанометровый транзистор считался максимальным пределом, заключалась в том, что если размер кремния меньше этого, то возникает явление, называемое квантовым туннелированием. В процессе электроны начинают перескакивать с одного транзистора на другой, и сигналы смешиваются и расходятся.

«Это означает, что мы не можем выключить транзисторы», - говорит ведущий исследователь Суджай Десаи.«Электроны вышли из-под контроля».

При тестировании исследователи показали, что их транзистор может эффективно управлять потоком электронов. Электроны не выходили из-под контроля транзистора MoS2. Это такое большое достижение, потому что, помимо очевидного повышения производительности компьютеров, никто не знал, что это возможно. Это откроет множество возможностей для мира науки, так как сейчас люди будут экспериментировать с этой новой техникой.

«В полупроводниковой промышленности давно предполагалось, что любые затворы ниже 5 нанометров не будут работать, поэтому все, что ниже, даже не рассматривалось», - говорит Десаи.

«Это исследование показывает, что нельзя сбрасывать со счетов затворы размером менее 5 нанометров… Изменив материал с кремния на MoS2, мы можем сделать транзистор с затвором длиной всего 1 нанометр и работать с ним как с переключателем».

Мы еще не достигли цели, но делаем маленькие шаги

Впереди еще долгий путь, но, по крайней мере, теперь мы знаем, что теоретический предел в 5 нанометров может быть нарушен. Исследователи показали, что сейчас все, что им нужно сделать, это выяснить, как надежно производить их в больших масштабах, и скоро мы будем использовать 1-нанометровые транзисторы в наших мобильных и компьютерах, и что-то хранить, - предсказал Гордон Мур. время назад жив.

Гордон Мур, соучредитель Intel и создатель закона Мура.

«Эта работа продемонстрировала самый короткий транзистор из когда-либо существовавших», - говорит Джэйви. «Тем не менее, это проверка концепции. Мы еще не упаковали эти транзисторы в микросхему, и мы не делали этого миллиарды раз».

«[T] его работа важна, чтобы показать, что мы больше не ограничены 5-нанометровым затвором для наших транзисторов», - говорит Джави. «Закон Мура может продолжаться еще какое-то время при правильной разработке полупроводникового материала и архитектуры устройства."

Их результаты были опубликованы в Science. Мы будем держать вас в курсе, если что-нибудь подобное появится, а пока дайте нам знать, что вы думаете по этому поводу, в комментариях ниже.

Источник

Источник изображения 1 и 2

.

Открытие самого маленького транзистора в мире - преодоление барьера - Tech News

Искать в

  • Везде
  • Темы
  • Этот форум
  • Эта тема
  • Больше вариантов...

Найдите результаты, содержащие ...

  • Все слова из моего поискового запроса
  • Любые слов из моего поискового запроса

Найти результаты в ...

  • Заголовки и тело контента
  • Только заголовки контента
.

Самый маленький транзистор в мире переключает ток с помощью одного атома в твердом электролите

Одноатомный транзистор, работающий в гелевом электролите, достигает предела миниатюризации. Фото: Группа профессора Томаса Шиммеля / KIT.

В Технологическом институте Карлсруэ (KIT) физик профессор Томас Шиммель и его команда разработали одноатомный транзистор, самый маленький из существующих транзисторов. Этот компонент квантовой электроники переключает электрический ток путем контролируемого изменения положения отдельного атома, теперь также в твердом состоянии в гелевом электролите.Одноатомный транзистор работает при комнатной температуре и потребляет очень мало энергии, что открывает совершенно новые перспективы для информационных технологий. Транзистор представлен в Advanced Materials .

Оцифровка приводит к высокому потреблению энергии. В промышленно развитых странах на долю информационных технологий в настоящее время приходится более 10% общего энергопотребления.Транзистор является центральным элементом цифровой обработки данных в вычислительных центрах, ПК, смартфонах или во встроенных системах для многих приложений, от стиральной машины до самолета. Доступная в продаже недорогая карта памяти USB уже содержит несколько миллиардов транзисторов. В будущем одноатомный транзистор, разработанный профессором Томасом Шиммелем и его командой из Института прикладной физики (APH) KIT, может значительно повысить энергоэффективность в информационных технологиях.«Этот элемент квантовой электроники позволяет переключать энергии, меньшие, чем у традиционных кремниевых технологий, в 10 000 раз», - говорит физик и эксперт по нанотехнологиям Шиммель, который проводит исследования в APH, Институте нанотехнологий (INT) и Центре исследования материалов для Энергетические системы (МЗЭ) КИТ. Ранее в этом году профессор Шиммель, который считается пионером одноатомной электроники, был назначен содиректором Центра одноатомной электроники и фотоники, созданного совместно KIT и ETH Zurich.

В Advanced Materials исследователи KIT представляют транзистор, который достигает пределов миниатюризации. Ученые получили два мелких металлических контакта. Между ними есть промежуток шириной в один атом металла. «С помощью электрического управляющего импульса мы помещаем один атом серебра в этот зазор и замыкаем цепь», - объясняет профессор Томас Шиммель. «Когда атом серебра удаляется снова, цепь прерывается». Самый маленький в мире транзистор переключает ток за счет управляемого обратимого движения отдельного атома.В отличие от обычных компонентов квантовой электроники, одноатомный транзистор работает не только при крайне низких температурах, близких к абсолютному нулю, то есть -273 ° C, но уже при комнатной температуре. Это большое преимущество для будущих приложений.

Одноатомный транзистор основан на совершенно новом техническом подходе. Транзистор состоит исключительно из металла, полупроводники не используются. Это приводит к очень низкому электрическому напряжению и, следовательно, чрезвычайно низкому потреблению энергии.До сих пор в одноатомном транзисторе KIT применялся жидкий электролит. Теперь Томас Шиммель и его команда разработали транзистор, который работает в твердом электролите. Гелевый электролит, полученный путем гелеобразования водного серебряного электролита с пирогенным диоксидом кремния, сочетает в себе преимущества твердого вещества с электрохимическими свойствами жидкости. Таким образом повышается безопасность и удобство использования одноатомного транзистора.

Транзисторная технология может улучшить скорость и время автономной работы компьютеров, мобильных телефонов и другой электроники.
Дополнительная информация: Fangqing Xie et al.Квазитвердотельные одноатомные транзисторы, Advanced Materials (2018). DOI: 10.1002 / adma.201801225 Предоставлено Карлсруэ технологический институт

Ссылка : Самый маленький в мире транзистор переключает ток с помощью одного атома в твердом электролите (2018, 16 августа) получено 8 ноября 2020 с https: // физ.org / news / 2018-08-smallest-transistor-world-current-atom.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

.

Одноатомный транзистор - это конец закона Мура; может стать началом квантовых вычислений - ScienceDaily

Самый маленький транзистор из когда-либо созданных - фактически, самый маленький транзистор, который можно построить - был создан с использованием одного атома фосфора международной группой исследователей из Университета Нового Юга. Уэльс, Университет Пердью и Мельбурнский университет.

Одноатомное устройство было описано в воскресенье (19 февраля) в статье в журнале Nature Nanotechnology .

Мишель Симмонс, руководитель группы и директор Центра квантовых вычислений и коммуникаций ARC при Университете Нового Южного Уэльса, говорит, что разработка направлена ​​не столько на улучшение существующих технологий, сколько на создание технологий будущего.

«Это прекрасная демонстрация управления материей в атомном масштабе для создания настоящего устройства», - говорит Симмонс. «Пятьдесят лет назад, когда был разработан первый транзистор, никто не мог предсказать роль, которую компьютеры будут играть в современном обществе.Когда мы переходим к устройствам атомного масштаба, мы входим в новую парадигму, в которой квантовая механика обещает аналогичный технологический прорыв. Именно обещание этой технологии будущего делает нынешнее развитие таким захватывающим ».

В январе та же исследовательская группа объявила, что она разработала провод из фосфора и кремния - всего один атом в высоту и четыре атома в ширину, - который ведет себя как медный провод.

Моделирование атомного транзистора для моделирования его поведения было проведено в Purdue с использованием технологии nanoHUB, сайта онлайн-сообщества для исследователей в области вычислительной нанотехнологии.

Герхард Климек, руководивший группой Purdue, которая проводила моделирование, говорит, что это важное событие, поскольку оно показывает, как можно создавать небольшие электронные компоненты.

«Для меня это физический предел закона Мура», - говорит Климек. «Мы не можем сделать это меньше, чем это».

Хотя определения могут быть разными, простой закон Мура гласит, что количество транзисторов, которые можно разместить на процессоре, будет удваиваться примерно каждые 18 месяцев.Последний чип Intel, Sandy Bridge, использует производственный процесс для размещения 2,3 миллиарда транзисторов на расстоянии 32 нанометра. Для сравнения, диаметр одного атома фосфора составляет всего 0,1 нанометра, что значительно уменьшило бы размер процессоров, изготовленных с использованием этой технологии, хотя до фактического производства одноатомных процессоров может пройти много лет.

Одноатомный транзистор имеет одно серьезное ограничение: он должен храниться очень холодным, по крайней мере, таким же холодным, как жидкий азот, или минус 391 градус по Фаренгейту (минус 196 по Цельсию).

«Атом находится в колодце или канале, и для того, чтобы он работал как транзистор, электроны должны оставаться в этом канале», - говорит Климек. «При более высоких температурах электроны больше перемещаются и выходят за пределы канала. Чтобы этот атом действовал как металл, вы должны удерживать электроны в канале.

«Если кто-то разработает метод сдерживания электронов, этот метод можно использовать для создания компьютера, который будет работать при комнатной температуре. Но это фундаментальный вопрос для этой технологии.«

Хотя одиночные атомы, служащие транзисторами, наблюдались и раньше, это первый случай, когда одноатомный транзистор был сконструирован с управляемой точностью с атомной точностью. В структуре даже есть маркеры, которые позволяют исследователям прикреплять контакты и подавать напряжение, говорит Мартин Фюксле, исследователь из Университета Нового Южного Уэльса и ведущий автор статьи.

«Уникальность того, что мы сделали, заключается в том, что мы с атомарной точностью расположили этот отдельный атом внутри нашего устройства», - говорит Фюхсле.

Симмонс говорит, что этот контроль является ключевым этапом в создании одноатомного устройства. «Достигнув размещения одного атома, мы в то же время разработали метод, который позволит нам разместить несколько из этих одноатомных устройств с целью разработки масштабируемой системы».

Одноатомный транзистор может проложить путь к созданию квантового компьютера, который работает, управляя электронами и, следовательно, квантовой информацией или кубитами. Однако некоторые ученые сомневаются, что такое устройство когда-либо будет построено.

«Хотя этот результат является важной вехой в масштабируемых кремниевых квантовых вычислениях, он не дает ответа на вопрос, возможны ли квантовые вычисления», - говорит Симмонс. «Ответ на этот вопрос заключается в том, можно ли управлять квантовой когерентностью на большом количестве кубитов. Разработанный нами метод потенциально масштабируем, используя те же материалы, что и в кремниевой промышленности, но для достижения этой цели требуется больше времени».

Климек говорит, что, несмотря на препятствия, одноатомный транзистор является важной разработкой.

«Это открывает глаза, потому что это устройство, которое ведет себя как металл в кремнии. Это приведет ко многим другим открытиям».

Исследовательский проект охватил весь земной шар и стал результатом многолетних усилий.

«Когда я создавал эту программу 10 лет назад, многие люди думали, что это невозможно из-за слишком большого количества технических препятствий. Однако, читая литературу, я не смог увидеть никаких практических причин, почему это было бы невозможно», - говорит Симмонс. «Необходимы грубая решимость и системные исследования, а также наличие многих выдающихся студентов и докторантов, которые работали над проектом.«

Климек отмечает, что современные инструменты для совместной работы и создания сообщества, такие как nanoHUB, сыграли важную роль.

«Это было транс-Тихоокеанское сотрудничество, которое стало результатом сообщества, созданного в nanoHUB. Теперь аспиранты Purdue проводят время в Университете Нового Южного Уэльса, а их студенты едут в Purdue, чтобы больше узнать о нанотехнологиях. плодотворное сотрудничество как за научные открытия, так и за установившиеся личные отношения.«

.

Смотрите также