Vědcům se podařilo vyrobit nejmenší tranzistor v historii, má velikost pouze 1 nanometr

  • Nový rekord v oblasti velikosti tranzistorů umožnil nový materiál
  • 50 000 takových tranzistorů má stejnou tloušťku jako lidský vlas
  • Moorův zákon může pokračovat dále
Vědcům se podařilo vyrobit nejmenší tranzistor v historii, má velikost pouze 1 nanometr

Tranzistory současných nejmodernějších čipů na trhu mají velikost 14 nm, respektive 16 nm, záleží na konkrétním nastavení a metrice výrobce. Už se sice chystají první 10nm čipy, ale inženýři se pomalu začali obávat velkého omezení s dosavadními materiály a postupy.

U křemíkových čipů se totiž předpokládají nepřekonatelné limitace kolem 5nm tranzistorů, což by měla být takřka poslední hranice, na které lze s tímto materiálem vyrábět čipy.

Stejně jako už několikrát v historii se tak objevila prohlášení, že Moorův zákon kvůli „fyzikálním limitům“ skončí. Vědci z Národní laboratoře v Berkeley se ale nenechali odradit a podařilo se jim problémy se zmenšováním velikosti tranzistoru vyřešit a vyrobit ten nejmenší tranzistor na světě.

1nanometrový tranzistor z nového materiálu

Jak se vyjádřil jeden z vědců na projektu, celý polovodičový průmysl byl přesvědčen, že vyrobit tranzistor menší než pět nanometrů je nemožné. Hlavním důvodem je samotné kvantové chování elektronů křemíku - při této velikosti znemožňuje vypnutí samotného tranzistoru, který by tak byl zjednodušeně stále ve stavu „1“.

Klepněte pro větší obrázek
Základní přehled složení
a struktury vyrobeného tranzistoru (Zdroj: UC Berkeley)

Tranzistory fungují jednoduše – kontrolní hradlo (gate) řídí vodivost mezi emitorem (source) a kolektorem (drain). Podle výše napětí na hradlu tak dochází mezi přepínáním na stav „0“ a „1“.

Klepněte pro větší obrázek
Snímek tranzistoru z elektronového mikroskopu, kde lze vidět jak uhlíkovou nanotrubičku, izolant (oxid zirkoničitý) i MoS2
(Zdroj: UC Berkeley)

Vědci ale místo křemíku, kde už při 5nm nelze řídit přenos vodivosti a stavy tranzistoru, použili materiál Molybdenum disulfide (MoS2), u kterého lze přenos řídit i při mnohem menších velikostech tranzistoru. S tloušťku pouze 0,65 nanometru se podařilo vyrobit funkční tranzistor o velikosti jednoho nanometru, alespoň dle standardního měření velikosti hradla.

Nelze použít staré výrobní techniky

K výrobě 1nm hradla nebylo možné použít běžně používanou metodu pomocí litografie, takže řešením byla uhlíková nanotrubička s průměrem jednoho nanometru, která zajistila právě funkci hradla.

Klepněte pro větší obrázek
Na vývoji se podílel profesor
Ali Javey s menším týmem studentů (Zdroj: UC Berkeley)

Zatím se tak jedná o funkční koncept, který spíše ukazuje, že řešení existuje a teď je hlavním problémem především škálování. Tím je myšlena nejen výroba čipu, který by takových tranzistorů měl desítky či stovky miliarda vedle sebe, ale také škálování na úrovni výroby – efektivní tvorba spousty takových čipů na waferech nebo nějaké budoucí formě struktury.

Ještě je čas

Vzhledem k tomu, že ještě máme poměrně dlouhou dobu k tomu, než se dostaneme k limitům výroby čipů z křemíku, které lze očekávat kolem roku 2022, lze předpokládat, že se tyto výzvy stihnou vyřešit.

Komplexnost čipů a jejich výkon tak bude i nadále exponenciálně narůstat, což je důležité ve všech oblastech. Technologie jsou dnes všude a menší tranzistory umožňují jak vyšší výkon, tak pochopitelně i nižší spotřebu, která je stále důležitějším parametrem, obzvláště v mobilní oblasti.

Témata článku: Technologie, Věda, Procesory, Čipy, Výzkum, Tranzistory, Mooreův zákon, Nanotechnologie

11 komentářů

Nejnovější komentáře

  • dolph1888 10. 10. 2016 9:59:40
    To bylo strachu, jaké problémy nastanou a jak se vrátíme do doby kamenné....
  • ehlo 9. 10. 2016 20:37:19
    "lze předpokládat, že se tyto výzvy stihnou vyřešit." Předpokládat lze...
  • _ldx 9. 10. 2016 16:33:48
    Molybdenu a jeho ruznym kombinacim nejspise patri budoucnost, ma totiz v...
Určitě si přečtěte