Нова разработка на учени от MIT обещава огромен напредък в

Нова разработка на учени от MIT дава обещание голям прогрес в полупроводниците
(снимка: CC0 Public Domain)

Специалисти от Масачузетския софтуерен институт (MIT) сътвориха ултратънък транзистор, който изпреварва съществуващите транзистори по редица характерности. Новият полупроводник има извънредно високи скорости на превключване и работи доста надеждно.

Транзисторът е полупроводников съставен елемент, който разрешава да се управлява огромен ток в изходна верига, като се употребява дребен входен сигнал. Като част от микросхема, транзисторът може да извършва функционалностите на увеличаване, генериране, превключване и превръщане на електрически сигнал.

По-голямата част от актуалните интегрални схеми са основани на транзистори. Скоростта на превключване на транзистора, т.е. преходът от „ затворено ” (практически без протичане на ток) към „ отворено ” (течащ ток) положение и назад, може да повлияе на цялостната продуктивност на компютърните устройства, построени на негова основа.

Превключване за наносекунди

Едно от най-значимите преимущества на транзистора, създаден в MIT, е неговата висока скорост на превключване – единствено за няколко наносекунди (10 на минус 9 секунди), отбелязва Tom’s Hardware. За съпоставяне, употребяваните през днешния ден съставни елементи са способни да трансформират положението си в границите на стотици наносекунди.

Този резултат е реализиран посредством потребление на специфичен фероелектричен материал (фероелектрик) въз основата на борен нитрид, основан от учените в MIT през 2021 година Материалът за транзистора се получава посредством слагане на няколко ултратънки пласта борен нитрид един върху различен с леко изместване посред им в хоризонталната низина.

Така построеният материал придобива свойството на спонтанна поляризация (отрицателните и позитивните заряди непринудено се втурват в противоположни посоки). Излагането на материала на външно електрическо поле разрешава превръщане на поляризацията. Описаните процеси могат да протичат при стайна температура, съгласно обява в сп. Science.

Ултратънък дизайн

Друго на практика потребно свойство на новия съставен елемент е неговата свръхмалка дебелина (декларирани са милиардни от метъра). Ако създаването бъде сполучливо комерсиализирана, тя ще разреши на производителите на чипове да основават съставни елементи с по-плътно оформление, нараснала продуктивност и енергийна успеваемост. 

Това е доста значимо за бъдещите системи, работещи с логаритми за изкуствен интелект, защото през днешния ден „ апетитът ” за електричество лимитира мащабирането на центровете за данни.

Не се износва

И най-после, учените от MIT дават обещание дълъг експлоатационен живот на новия транзистор, което се дължи на потребления новаторски материал. Разработчиците настояват, че транзисторът не демонстрира никакви признаци на утежняване на продуктивността след 100 милиарда интервенции по превключване.

Използването на такива транзистори в производството на флаш памет може евентуално да докара до появяването на твърдотелни устройства (SSD), които на практика не се износват. 

Днешните SSD дискове имат значително стеснен експлоатационен живот, чиято дълготрайност се дефинира от оптималния брой цикли на запис, обезпечен от производителя. Топ моделите към момента могат да устоят презаписване на до 700 TB информация на 1 TB място за предпазване.

Единствен образец

В момента екипът от MIT е създал единствен пример на новия транзистор, с цел да показва опциите му на процедура. Технологията, несъмнено, не е лишена от своите дефекти и разработчиците ще би трябвало да преодолеят редица проблеми, преди да се опитат да я комерсиализират.

„ Има няколко казуса. Но в случай че бъдат решени, този материал ще се впише добре в бъдещата електроника ”, споделя Рей Ашори, един от членовете на екипа, създал транзистора, без да прецизира какви са проблемите.

Други членове на изследователската група означават високата трудност на производството на огромни количества както от новия материал, по този начин и от транзисторите, основани на него, която не е сравнима с употребяваните сега технологии за обработка на стандартни силициеви пластини.

Към теоретичните граници

През 2013 година експерти от Националната ускорителна лаборатория SLAC, част от Министерството на енергетиката на Съединени американски щати, мериха скоростта на превключване на откъс от магнетит (една от евентуалните други възможности на силиция в полупроводниците) от положение на проводник в положение на изолатор. Оказа се, че материалът трансформира свойствата си за 1 пикосекунда (10 на минус 12 секунди). Изследването е оповестено в Nature Materials.

Теоретичната граница на скоростта на превключване на транзистора се дефинира от цената на времето на Планк, което във физически смисъл дефинира времето, през което една парченце, движеща се със скоростта на светлината, ще преодолее дължината на Планк и възлиза на 5,391247(60)*10 на минус 44 сек.

През 2021 година откриватели от Виенския механически университет създадоха транзистор, който е в положение да трансформира параметрите си в придвижване, в сходство с казуса, който се взема решение в избран миг. Микросхема, построена с него, може да носи до 85% по-малко транзистори, като в същото време извършва всички функционалности, присъщи за класическия транзистор.

Разработката дава опция за понижаване на крайния размер на чипа, както и за понижаване на потреблението на сила и разсейването на топлината, което от своя страна дава необятни благоприятни условия за увеличение на продуктивността.