Krzemowe chipy komputerowe służą doskonale od ponad pół wieku i były przełomem cywilizacyjnym. Najmniejsze elementy obecnie sprzedawanych chipów mają wielkość około 3 nanometrów – co jest zaskakująco małym rozmiarem, biorąc pod uwagę, że grubość ludzkiego włosa to około 80 tys. nanometrów. Zmniejszenie rozmiarów elementów chipów pomoże zaspokoić zaspokoić niekończące się zapotrzebowanie na więcej pamięci i mocy obliczeniowej przy jak najmniejszych rozmiarach urządzeń. Jednak granica tego, co można osiągnąć przy użyciu standardowych materiałów i procesów, jest bliska.
Dlaczego to już koniec krzemu w chipach
Naukowcy z Laboratorium Fizyki Plazmy w Princeton w USA udoskonalają technologię półprzewodników, opracowując cieńsze, bardziej wydajne materiały zwane dichalkogenkami metali przejściowych (TMD). Materiały te, o grubości zaledwie kilku atomów, mogą pomóc w stworzeniu bardziej kompaktowych i wydajnych chipów komputerowych.
Czytaj więcej
Odkrycie chińskich naukowców może radykalnie obniżyć koszty budowania centrów danych, a także mieć ważne zastosowania w podboju głębin morskich jak...
Naukowcy wykorzystują swoją wiedzę specjalistyczną z zakresu fizyki, chemii i modelowania komputerowego, aby stworzyć następną generację chipów komputerowych, dążąc do opracowania procesów i materiałów, które pozwolą wytworzyć chipy o lepszych funkcjach.
- Wszystkie nasze istniejące urządzenia elektroniczne wykorzystują chipy wykonane z krzemu, który jest materiałem trójwymiarowym. Obecnie wiele firm dużo inwestuje w chipy wykonane z materiałów dwuwymiarowych – powiedział Shoaib Khalid, fizyk badawczy w PPPL. Materiały w rzeczywistości istnieją w trzech wymiarach, ale są tak cienkie – często składają się tylko z kilku warstw atomów – że naukowcy nazwali je 2D.
Grafen, dichalkogenk, azotek boru i czarny fosfor to rewolucja
To ultracienkie substancje składające się z pojedynczej warstwy atomów. Materiały te wykazują unikalne właściwości fizyczne, chemiczne i elektroniczne, różniące się od ich odpowiedników przede wszystkim ze względu na ich ekstremalną cienkość i dużą powierzchnię. Grafen, pojedyncza warstwa atomów węgla ułożonych w sześciokątną siatkę, to najbardziej znany materiał 2D, znany ze swojej wytrzymałości, przewodności i elastyczności. Oprócz grafenu inne materiały 2D obejmują dichalkogenki metali przejściowych, sześciokątny azotek boru i czarny fosfor. Materiały te mają potencjalne zastosowania w elektronice, czujnikach, magazynowaniu energii i nanotechnologii.
Czytaj więcej
Kalifornijska Nvidia jest o krok od zdystansowania Apple’a i Microsoftu i zostania najwięcej wartą firmą technologiczną. Wykonała wielki skok dzięk...
Khalid wraz z Bharatem Medasanim z PPPL i Andersonem Janotti z Uniwersytetu w Delaware zbadali jeden potencjalny zamiennik krzemu: materiał 2D znany jako dichalkogenek metalu przejściowego (TMD).
Ich nowy artykuł, opublikowany w czasopiśmie 2D Materials, szczegółowo opisuje zmiany, jakie mogą wystąpić w strukturze atomowej TMD, dlaczego tak się dzieje i jak wpływają na materiał. Informacje o tych odmianach stanowią podstawę do udoskonalenia procesów niezbędnych do stworzenia mikroprocesorów komputerowych nowej generacji.
Trzy atomy grubości
Ostatecznym celem jest zaprojektowanie systemów produkcyjnych opartych na plazmie, które będą w stanie wytwarzać półprzewodniki na bazie TMD wykonane zgodnie z dokładnymi specyfikacjami wymaganymi dla danego zastosowania.
TMD może mieć grubość zaledwie trzech atomów. Są ułożone w strukturę krystaliczną lub sieć. W idealnym przypadku atomy są zorganizowane w precyzyjny i spójny wzór w całej sieci. W rzeczywistości we wzorze można znaleźć niewielkie zmiany. W jednym miejscu wzoru może brakować atomu lub atom może znajdować się w dziwnym miejscu. Naukowcy nazywają te zmiany defektami, ale mogą mieć korzystny wpływ na materiał.
Czytaj więcej
Innowacyjny procesor zamiast energii elektrycznej wykorzystuje światło do szybkich i wydajnych obliczeń sztucznej inteligencji, obiecując skok w sz...
Na przykład niektóre defekty TMD mogą sprawić, że półprzewodnik będzie bardziej przewodził prąd elektryczny. Niezwykle ważne jest, aby naukowcy zrozumieli, dlaczego powstają defekty i jak wpłyną one na materiał, aby mogli w razie potrzeby je uwzględnić lub wyeliminować. Zrozumienie typowych defektów pozwala także badaczom wyjaśnić wyniki wcześniejszych eksperymentów z TMD.
- Gdy produkowane są masowo, mają one nadmiar elektronów – powiedział Khalid, dodając, że badacze nie są pewni, dlaczego obecny jest nadmiar ujemnie naładowanych cząstek. - W tej pracy wyjaśniamy, że nadmiar elektronów może być spowodowany przez wodór - dodał.
