Мельчайшие микрочипы на основе графена будут в 100 раз меньше кремниевых и работать в 1000 быстрее

Исследователям удалось создать микрочип на основе графена, который в 100 раз меньше существующих, что позволит создавать миниатюрные устройства для вычислений и хранения данных с колоссальными возможностями

Поскольку мы живем в цифровом мире, новые задачи, которые ставятся перед компютерной техникой требуют увеличения объёма памяти и вычислительной мощности устройств, а, соответственно, применения большого количества транзисторов. Так, например, уже сейчас у 64-ядерного процессора AMD имеется девять кристаллов, которые суммарно занимают площадь в 1008 кв. мм. Каждый процессорный кристалл площадю 74 мм2и содержит 3,9 млрд транзисторов. Кристалл ввода-вывода содержит 8,34 млрд транзисторов, а его площадь — 416 мм2. Несложно подсчитать, что суммарно процессоры второго поколения содержат 39,54 млрд транзисторов!

Таким образом, по мере того, как современные технологии становятся все более компактными и высокопроизводительными, должны быть и транзисторы минимального размера, которые являются строительными блоками компьютерной обработки данных.

Кремний, который использовался для изготовления транзисторов в течение шести десятилетий, является трехмерным материалом и из него практически невозможно изготовить меньшие чем существующие полупроводники. Ведь очень трудно выполнить элементы кремниевых транзисторов толщиной всего в несколько атомов.

Проведенные исследования показали, что в качестве альтернативы при изготовлении транзисторов могут применяться двумерные материалы, из которых могут быть выполнены элементы тоньше существующих в 10 раз.

Ученые вырастили однослойный дисульфид молибдена и дисульфид вольфрама, которые можно использовать для полупроводников. Исследования показали, что данная технология может быть применена и в серийном производстве. То есть, по всем наиболее важным параметрам разработанное устройство соответствует высоким перспективным требованиям.

Исследования продолжены учеными из Университета Буффало, которые установили, что новый двумерный транзистор, изготовленный из графена и соединения дисульфида молибдена не только мал по размеру, но и требует вдвое меньшего напряжения, чем нынешние полупроводники. Он также может управлять большими токами, чем аналогичные существующие транзисторы. Эти возможности является ключевыми для удовлетворения спроса на новые энергоемкие наноэлектронные устройства, включая квантовые компьютеры.

Новые технологии позволят повысить производительность электронных систем с точки зрения мощности, скорости и плотности размещения элементов. Таким образом, транзистор следующего поколения может быстро переключаться, потребляя при этом небольшое количество энергии.

Транзистор состоит из одного слоя графена и одного слоя дисульфида молибдена, сложенных вместе, при этом общая толщина устройства около 1 нанометра — для сравнения, лист бумаги имеет толщину около 100 000 нанометров.

В то время как большинству транзисторов требуется 60 милливольт для управления током, это новое устройство работает при 29 милливольтах, что возможно благодаря уникальным физическим свойствам графена.

Еще более важной характеристикой нового двухмерного транзистора является его способность выдерживать большую плотность тока по сравнению с возможностями традиционных транзисторных технологий.

Эти новые транзисторы позволят изготавливать компьютеры следующего поколения более быстрыми, более энергоэффективными и способными выполнять колоссальный объём обработки и хранения данных.

Но существуют и еще более совершенные технологии использования графена в полупроводниках. Физики из Университета Сассекса, установили, что микрочипы очень малого размера можно также изготавливать из графена и других 2D-материалов, используя форму «нанооригами». Создавая складки (изломы) в структуре графена, исследователи заставили наноматериал вести себя как транзистор и установили, что, когда полоска графена изгибается определенным образом, то она может вести себя как микрочип, который примерно в 100 раз меньше чем обычные микрочипы. Такие исследования производятся впервые.

Вместо того, чтобы добавлять посторонние материалы в устройство, ученые показали, что можно создавать структуры из графена и других двухмерных материалов, просто добавляя преднамеренные изгибы в структуру. Делая такого рода гофры, можно создать электронный компонент, такой как транзистор или логический вентиль.

Использование наноматериалов сделает чипы меньше и это абсолютно необходимо, поскольку производители компьютеров сейчас на пределе возможностей традиционных полупроводниковых технологий. В конечном итоге это сделает наши компьютеры и телефоны в будущем в тысячи раз быстрее. Такие технологии использования наноматериалов позволяют разместить больше микросхем внутри любого устройства и ускорить их, применив «сморщенный» графен.