Группа исследователей из Пекинского университета утверждает, что разработала двумерный транзистор, способный работать на 40 процентов быстрее, чем 3-нанометровые кремниевые решения Intel и TSMC, и при этом потреблять на 10 процентов меньше энергии. Исследователи под руководством профессора Пэна Хайлина заявили, что «это самый быстрый и эффективный транзистор в истории».
По словам Пэна и его команды, транзистор на основе висмута превосходит самые современные аналогичные устройства от Intel, TSMC, Samsung и бельгийского межуниверситетского центра микроэлектроники (Imec) при одинаковых условиях работы.
По словам китайских ученых, санкции Запада заставляют их оттачивать свое мастерство и придумывать новые решения, которые не только позволяют их обойти, но и выйти за пределы ограничений, которые накладывает кремний при таких уровнях миниатюрности.
Если инновации в области микросхем на основе существующих материалов считаются «сокращением пути», то наша разработка транзисторов на основе двумерных материалов похожа на «смену полосы движения», - сказал Пэн (по материалам South China Morning Post).
В исследовании, опубликованном в журнале Nature, ученые демонстрируют свойства 2D GAAFET-транзистора, то есть транзистора, основанного на двумерных материалах, характеризующегося структурой, в которой молекулы расположены таким образом, что образуют решетку толщиной в один атом.
Транзисторы GAAFET отличаются от используемых сегодня в электронике FinFET в основном геометрией затвора, который полностью окружает канал. Такая конструкция обеспечивает гораздо более плавный и точный электростатический контроль и заметно снижает нежелательные эффекты, такие как рассеяние. Одним словом, GAAFET обеспечивают лучшую масштабируемость, а также более высокую производительность и низкое энергопотребление.
Исследователи разработали методику интеграции многослойной структуры GAA на целую пластину (диск из полупроводникового материала, используемый для производства микросхем). Они использовали низкотемпературный процесс, который позволяет укладывать различные слои в компактную трехмерную конфигурацию.
Для создания транзистора они использовали двумерный материал Bi2O2Se (висмут), который, как известно, обеспечивает быстрое движение электронов, объединив его с изолирующим материалом Bi2SeO5 для создания чрезвычайно гладкого интерфейса.
Это позволило создать транзисторы, которые работают при очень низком напряжении (0,5 В), пропускают большой ток при включении и очень быстро срабатывают (с задержками порядка нескольких пикосекунд). Кроме того, их энергопотребление чрезвычайно мало.
Как всегда, стоит помнить, что исследованиям, даже самым многообещающим, может потребоваться время, даже много лет, чтобы достичь той стадии зрелости, когда можно будет выпускать серийные чипы.
Несмотря на то, что китайский технологический прогресс - это уже дело дня, разрыв с Западом все еще остается достаточно большим: Intel уже в этом году, а за ней и TSMC готовятся к серийному производству полупроводников на основе кремниевых транзисторов GAAFET, а также имеют хорошо проработанные планы на будущее.