Koniec ery krzemu? Chińczycy pokazali chip przyszłości

Chińscy naukowcy stworzyli pierwszy na świecie układ z dwuwymiarowego selenku indu (InSe), który przewyższa wydajnością krzem i toruje drogę chipom nowej generacji.

Określany jako „złoty półprzewodnik”, InSe od dawna fascynował naukowców swoją wyjątkową kombinacją właściwości: wysoką ruchliwością elektronów, odpowiednią szerokością pasma energetycznego i ultracienką strukturą.

Dotychczas jednak przeszkodą było jego masowe wytwarzanie – aż do teraz. Zespół pod kierownictwem prof. Liu Kaihui z Uniwersytetu Pekińskiego opracował nową strategię wzrostu materiału „solid–liquid–solid” (ciało stałe–ciecz–ciało stałe), która pozwoliła uzyskać niespotykaną jakość kryształów i czystość fazową na całej powierzchni wafla (płytki) o średnicy 2 cali.

W czym nowy materiał jest lepszy od krzemu? Jak powstał?

Według badania, tranzystory oparte na InSe przewyższają krzem pod wieloma względami: ruchliwość elektronów osiąga 287 cm²/V·s, a także uzyskano bardzo niski współczynnik przełączania przy temperaturze pokojowej.

Czytaj więcej

Technologie

Rewolucja w elektronice. Powstał chip zaprojektowany technologią kwantową

Nie USA, nie Chiny, ale Australia dokonała przełomu, który może zmienić cały przemysł elektronicz...

Przy długościach bramki poniżej 10 nm, urządzenia wykazały minimalne prądy upływu, wysokie współczynniki włączenia/wyłączenia oraz wydajny transport balistyczny, przewyższając nawet standardy IRDS na 2037 rok dla produktu opóźnienie–energia (energy-delay product).

Produkcja InSe w skali wafla to ogromne osiągnięcie. Materiał ten jest wyjątkowo trudny w obróbce z powodu skrajnych różnic ciśnień pary między indiem a selenem oraz tendencji do tworzenia wielu stabilnych faz. Te problemy od dawna uniemożliwiały syntezę materiału na dużą skalę – dotychczas udawało się uzyskać jedynie mikroskopijne płatki.

Aby je pokonać, badacze opracowali metodę konwersji solid–liquid–solid. Najpierw rozpylili amorficzną cienką warstwę InSe na podłożach z szafiru. Następnie wafer został pokryty cienką warstwą indu o niskiej temperaturze topnienia i zamknięty w komorze kwarcowej. Ogrzewanie do około 550 °C uruchomiło precyzyjnie kontrolowaną reakcję, w której ind tworzył lokalne środowisko bogate w ind, prowadzące do jednolitej krystalizacji na styku materiałów – opisuje Interesting Engineering.

Czytaj więcej

Technologie

Powstał rewolucyjny procesor. Przyspieszy rozwój AI i zmniejszy zużycie energii

Nowa generacja procesorów dzięki wykorzystaniu innowacyjnych materiałów pozwoli na znaczne ograni...

Rezultatem był 2-calowy wafel InSe o wyjątkowej jednorodności grubości, czystości fazowej i strukturze krystalicznej – pierwszy taki w branży. Z tych wafli zespół stworzył wysokowydajne układy tranzystorowe, które nie tylko działały, ale wręcz imponowały wynikami. Urządzenia wykazały ruchliwość elektronów znacznie przekraczającą obecne standardy dla półprzewodników 2D oraz zachowanie przełączające bliskie granicy Boltzmanna (fizyczna granica wydajności tranzystora, wyznaczająca jak mało energii potrzeba, by włączyć/wyłączyć tranzystor w klasycznych, niekwantowych, układach scalonych – red.).

Jaka jest przyszłość chipów?

Tranzystory spisywały się także doskonale w bardzo małych rozmiarach (deep scaling), wykazując niższy efekt obniżenia bariery przez dren (DIBL) i lepsze wartości produktu opóźnienie–energia niż cele wyznaczone w Międzynarodowej Mapie Drogowej dla Urządzeń i Systemów (IRDS) na 2037 rok. „To osiągnięcie stanowi postęp w dziedzinie wzrostu kryształów” – zauważyli recenzenci czasopisma „Science” , podkreślając światowe znaczenie odkrycia.