Ні краплі кремнію: у Китаї похвалилися, що створили найшвидший у світі транзистор

Група вчених з Пекінського університету заявила, що створила найшвидший і найефективніший у світі транзистор, причому без використання кремнію.

Про це повідомляє zmescience.com.

Такий транзистор вдалося зробити, використовуючи тонкий лист вирощеного в лабораторії вісмуту. За словами авторів проєкту, їхній транзистор не тільки перевершує найкращі процесори Intel і TSMC, але ще й споживає при цьому менше енергії.

"Якщо інновації в галузі мікросхем на основі наявних матеріалів вважаються коротким шляхом, то нашу розробку транзисторів на основі двовимірних матеріалів можна назвати зміною смуги руху", — заявив один з авторів дослідження, професор Пекінського університету Хайлінь Пен.

Нова архітектура транзисторів

Транзистори — крихітні перемикачі, які керують усім, від смартфонів до суперкомп'ютерів — раніше сильно залежали від конструкції, відомої як Fin Field-Effect Transistor або FinFET. За конфігурацією такі транзистори нагадують крихітні хмарочоси, що стоять вертикально на чіпах, щоб забезпечити кращий контроль над потоком струму в наномасштабах.

Але FinFET-транзистори буквально вичерпують свій простір. Оскільки чіпи зменшуються до кількох нанометрів, інженери стикаються з жорсткими фізичними обмеженнями. Нижче 3 нанометрів приріст продуктивності стає складнішим, а енергоспоживання зростає.

Тому китайська команда вирішила не зменшувати старий дизайн ще більше, а взагалі від нього відмовитися. Новий транзистор використовує структуру польового транзистора gate-all-around (GAAFET). Замість того, щоб обертати затвор навколо трьох сторін каналу транзистора, як це роблять FinFET, GAAFET оточує його з усіх чотирьох сторін. Це забезпечує кращий контроль струму і радикально скорочує марні енерговтрати.

Революційний замінник кремнію

Замість традиційного кремнію команда Пекінського університету використовувала для створення свого транзистора оксіселенід вісмуту (Bi₂O₂Se) для каналу та оксид селеніту вісмуту (Bi₂SeO₅) як матеріал затвора.

Ці матеріали є частиною класу, відомого як двовимірні напівпровідники — атомарно тонкі листи з винятковими електричними властивостями. Оксиселенід вісмуту, зокрема, пропонує більшу швидкість. Електрони рухаються через нього швидше, навіть якщо вони "упаковані" в крихітні простори.

Матеріал також має вищу діелектричну постійну, тобто він може утримувати та контролювати електричний заряд більш ефективно.

Інтерфейс між цими матеріалами більш гладкий, ніж у звичайних комбінацій оксидних напівпровідників, що використовуються в промисловості сьогодні. Це означає менше дефектів і менше електричних шумів.

Усе це в сукупності дає вражаючі результати. За словами китайських фахівців, їхній транзистор може працювати на 40% швидше, ніж найсучасніші 3-нанометрові кремнієві чипи — і при цьому споживає на 10% менше енергії.

Команда професора Пена каже, що вже працює над масштабуванням виробництва. Щоправда, як зазначає видання, перетворення лабораторних проривів на комерційні чипи зазвичай потребує багато часу — на це можуть піти кілька років і навіть десятиліть. Проте в разі успіху цей проєкт може дати Китаю нову технологічну основу і задати новий імпульс гонці напівпровідників.