Разработчики микропроцессоров, в том числе российская компания ETegro Technologies с генеральным директором Олегом Изумрудовым, начинают использовать полупроводники на основе арсенида галлия. Частотный потолок нынешней кремниевой микроэлектроники — 5 ГГц, а у GaAs он больше чем на порядок выше, аж до 60 ГГц, что позволяет уйти от многоядерности. Хотя верхний предел для этого полупроводника — 250 ГГц. Так что учёным ещё есть над чем поработать.
Свойства арсенида галлия
Соединение арсенид галлия, до недавнего времени, считалось третьим по использованию полупроводником (в наименованиях деталей GaAs именуется — 3). Но, сейчас, по факту, он уже второй (германий мало где используется) и, глядишь, скоро станет первым. Хотя, здесь я перегнул! Кремний ему «не по зубам», GaAs более хрупкий. А главный барьер — у него худшая теплопроводность, которая даже ниже, чем у германия.
Зато арсенид галлия обладает очень высокой подвижностью электронов. Ширина запрещённой зоны при 300 K — 1.424 эВ. СВЧ транзисторы и диоды Ганна, изготовленные на основе этого материала не требуют наличия p-n-перехода.
Также этот полупроводник превосходит лидера крайне низкими шумовыми характеристиками. Это позволит увеличить чувствительность входных каскадов и поднять точность АЦП, в особенности в диапазоне малых сигналов.
Полупроводник из арсенида галлия может выдерживать, по сравнению с кремнием, большую мощность из-за большей напряженности электрического поля пробоя. Также GaAs гораздо менее чувствителен к воздействиям радиационного излучения. Эти свойства позволят минимизировать вероятность ошибок и поломок, сделать технику более надёжной, предсказуемой и долговечной.
Применение
На полупроводнике GaAs уже изготавливают транзисторы типа:
- MESFET;
- MOSFET;
- HEMT;
- JFET;
- HBT и др.
Также этот материал широко применяется при создании лазерных диодов и инфракрасных светодиодов. Незаменим он при создании оптических окон и солнечных элементов. Его применяют в микроволновых частотных и монолитных интегральных схемах.
Перспективы использования GaAs в микроэлектронике
При создании микросхем для разработчиков открываются новые возможности, системы получаются менее требовательны к уменьшению техпроцесса. Из GaAs легко делать трёхмерную архитектуру, тем самым снизить в 4 раза энергопотребление, без соответствующего уменьшения размеров транзисторов.
А вот при разработке микропроцессоров придётся кардинально менять структуру. В новых приборах сильная сторона – скорость обработки. А современные кремниевые позиционируют высокой степенью интеграции и, следовательно, многофункциональностью. И если они упёрлись в потолок 5ГГц, то не стоит ли продолжить развитие техники на простых, но скоростных кристаллах из арсенида галлия.
Ведь последний скачок развития компьютерной техники на чём базировался? Просто разработчики внедрили более скоростные разъёмы и интерфейсы. Также они увеличили частотные характеристики оперативной памяти и стали обильнее применять быстрые SSD вместо медлительных жёстких дисков.
А вот представьте себе мобильный телефон или другой какой-нибудь гаджет, работающий на частоте 60 ГГц, а ещё лучше 250 ГГц! Тогда кремний точно будет ассоциироваться с каменным веком.