Китайские исследователи из Пекинского университета разработали революционный транзистор на основе двумерных материалов, способный превзойти современные кремниевые аналоги. Экспериментальные чипы демонстрируют прирост производительности до 40% при снижении энергопотребления на 10%. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Почему это прорыв
Традиционные полупроводниковые технологии приближаются к физическим пределам миниатюризации. Кремний, основа современной микроэлектроники, сталкивается с проблемами утечки тока и перегрева при уменьшении техпроцесса ниже 3 нм. Китайская разработка использует двумерный полупроводник — оксиселенид висмута (Bi2O2Se), который обладает уникальными свойствами:
- Атомарная толщина — менее 1 нм
- Высокая подвижность носителей заряда (4500 см²/В·с против 1400 см²/В·с у кремния)
- Диэлектрическая проницаемость в 5 раз выше, чем у SiO2
- Гибкость и устойчивость к деформациям
"Если инновации на существующих материалах — это 'короткий путь', то наши 2D-транзисторы — это смена полосы движения", — заявил руководитель исследования профессор Хайлинь Пэн.
Архитектура GAAFET — ключ к эффективности
Новый транзистор реализован по технологии Gate-All-Around (GAAFET), где затвор окружает канал со всех четырех сторон. В сравнении с FinFET-структурами (3 стороны) это дает:
- Лучший электростатический контроль
- Снижение паразитных утечек на 22%
- Увеличение скорости переключения до 0.8 пс
Экспериментальные замеры показали, что плотность тока в 2D-транзисторах достигает 1.5 МА/см² — это втрое выше, чем у лучших кремниевых аналогов Intel.
Последствия для мировой индустрии
Разработка может изменить баланс сил в полупроводниковой отрасли. Китай, сталкивающийся с ограничениями на импорт передовых чипов, получает технологию, не зависящую от традиционных производственных цепочек. Аналитики отмечают три возможных сценария:
- Создание полностью независимых производственных линий к 2028 году
- Снижение зависимости от ASML — 2D-чипы не требуют EUV-литографии
- Рост инвестиций в альтернативные материалы — висмут, графен, MoS2
По оценкам McKinsey, мировой рынок 2D-полупроводников к 2030 году может достичь $75 млрд, при этом Китай уже контролирует 60% производства ключевого сырья.
Технологические вызовы
Несмотря на прорыв, массовое производство столкнется с проблемами:
- Стоимость выращивания Bi2O2Se в 8 раз выше, чем кремниевых пластин
- Отсутствие инфраструктуры для крупносерийного выпуска
- Необходимость перепроектирования стандартных логических элементов
Однако в Китае уже строятся две пилотные линии в Шанхае и Шэньчжэне с бюджетом 12 млрд юаней ($1.7 млрд). Первые коммерческие образцы ожидаются в 2026 году.