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.

Diskuze (12) Další článek: Technologické značky mají nejvyšší hodnotu. Žebříčku kraluje Apple, následovaný je Googlem

Témata článku: Technologie, Věda, Výzkum, Čipy, Procesory, Nanotechnologie, Tranzistory, Mooreův zákon, Mikroskopy, Křemíkový čip, Základní přehled, Fyzikální limit, Kontrolní hradlo, Funkční stav, Elektron, Kolektor, Funkční koncept, Velké omezení, Nejmodernější čip, Hradlo, Gate, UC Berkeley, Limita, Nejmenší tranzistor, Národní laboratoř

Jízdní řády Bileto
Aktuální číslo časopisu Computer

Megatest: 13 grafických karet

Srovnání 7 dokovacích stanic s USB-C

Jak na perfektní noční fotografie

Kvalitní zdroje informací pro sebevzdělávání