Rets pusmetāls varētu būt atslēga uz krietni mazākiem un jaudīgākiem procesoriem
Foto: Shutterstock

Kopš skaitļotāju attīstībā pienāca ēru maiņa, pirmās paaudzes jeb vakuuma lampu tehnoloģijām tiekot nomainītām ar otrās paaudzes datoriem, kuru darbību nodrošināja mazākie un ilgmūžīgākie tranzistori, elektronikas inženieri aizvien meklējuši veidus, kā tranzistorus padarīt mazākus. No tā, cik daudz tranzistoru varam satilpināt ierobežotā laukumā, atkarīga ierīces, piemēram, viedtālruņa procesora skaitļošanas jauda. Tomēr visam ir sava robeža, arī tam, cik fiziski mazu iespējams uztaisīt tranzistoru, lai tas aizvien būtu funkcionāls. ASV armijas finansētai zinātnieku komandai varētu būt izdevies atrast veidu, kā šo robežlīniju pabīdīt vēl mazliet tālāk ar perspektīvu nākotnē tranzistoru izmēru samazināt pat uz pusi.

Akadēmiskajā izdevumā "Nature Electronics" publiskotā pētījumā aplūkota samērā reta pusmetāla (elementa, kam piemīt gan metālu, gan nemetālu īpašības) – telūra – struktūra un tas, kā šīs struktūras īpašības varētu palīdzēt padarīt jau tā nanometros mērāmos tranzistorus vēl mazākus.

Vienkāršoti skaidrojot, tranzistori ir pusvadītāju ierīces, kas pēc savas būtības ir kā tādi ceļu satiksmes regulētāji vai krustojums elektronu pasaulē. Tiem ir divas galvenās funkcijas – tie var darboties kā slēdzis un kā pastiprinātājs. Datoru kontekstā īpaši būtiska ir slēdža funkcija. Tranzistors principā var būt divos stāvokļos – vai nu izslēgts vai ieslēgts, darboties kā rezistors vai vadītājs, un attiecīgi skaitļošanas pasaulē būt ar vērtību vai nu viens vai nulle, reprezentējot binārā koda pamatvienību bitu. Attiecīgi, jo vairāk tranzistoru varam "sapakot" mikročipā, jo vairāk operāciju skaitļotājs spēj veikt.

Sešdesmito gadu vidū pasaulē vadošā procesoru ražotāja "Intel" viena no dibinātājiem Gordona Mūra novērojums un prognoze arī nākotnei bija – ik gadu tranzistoru skaits vienā kvadrātcollā dubultojas, proti, tie kļūst arvien mazāki un mazāki. Mūsdienās esam nonākuši jau līdz nanometriem, kas ir viena miljardā daļa metra, un Mūra likums ir sasniedzis savas robežas.

Vēl mazākus tranzistorus izgatavot vairs nav tik vienkārši, ņemot vērā, ka moderna viedtālruņa procesorā izmantotie tranzistori ir tikai septiņus nanometrus lieli. Salīdzinājumam – cilvēka mata diametrs ir aptuveni 50 tūkstoši nanometru, bet papīra lapas biezums – aptuveni 100 tūkstoši nanometru.

Jo mazāki tranzistori, jo ierīces arī energoefektīvākas. Eksperimentāli pirms pāris gadiem tika radīts arī tikai vienu nanometru liels tranzistors, taču septiņu nanometru tranzistoru ražošana jau ir attīstīta industriālā mērogā. Moderna viedtālruņa procesorā tādējādi ir vairāki miljardi tranzistoru.

Rets pusmetāls varētu būt atslēga uz krietni mazākiem un jaudīgākiem procesoriem
Foto: Laura Ockel / cc

Nu ASV armijas finansēto pētnieku atklājums varētu ļaut spert nākamo soli jau tā niecīgā izmēra tranzistoru samazināšanā.

Runa ir par neparastu telūra struktūru. Telūrs nav visai izplatīts elements un tiek izmantots, piemēram, lai sakausējumiem nodrošinātu pretkorozijas īpašības vai uzlabotu cietības rādītājus. Taču būtiski, ka tam ir arī pusvadītāja īpašības – tas pie noteiktiem apstākļiem ir vadītājs, pie citiem jau funkcionē kā rezistors. Pētniekus ieinteresēja šī īpašība, tāpēc nolemts izpētīt, kā telūrs "uzvedas" nanometru mērogā. Inženieriem izdevās radīt viendimensionālas telūra ķēdes un izpētīt tās elektronu mikroskopa nodrošinātā palielinājumā. Atklājās, ka telūram ir unikāla struktūra – atomi nebija izkārtojušies taisni kā karavīri ierindā, bet veidoja ko līdzīgu spirālei.

"Silīcija atomi izskatās taisni, bet telūra atomi izvijušies kā čūska. Ļoti oriģināla struktūra," redzēto vietnei "Science Alert" raksturoja viens no pētījuma autoriem. Kā norāda vietne, izmantot elektronikas komponenšu ražošanā "greizu nanostiepli" ir acīmredzama uzprasīšanās uz nepatikšanām, tāpēc nācies meklēt risinājumu, lai nodrošinātu konkrētu struktūru. Palīgā nākusi no bora nitrīda veidota nanocaurulīte, kurā telūra struktūru ievietot, tādējādi to arī izolējot.

Kopumā tādējādi izdevies tikt pie pusvadītāja tikai divu nanometru diametrā. Nu pētniekiem priekšā pamatīga izpēte, kā šo konceptu uzlabot un padarīt praktiski pielietojamu – vai to iespējams samazināt vēl tālāk, vai telūra virkne funkcionēs kombinācijā ar citām?

Ja viss izdosies kā iecerēts, nākamās paaudzes miniatūrie tranzistori varētu būt uz pusi vai pat vēl mazāki par esošajiem. Tādējādi mūsu viedierīcēs būtu iespējams "sapakot" vēl krietni lielāku skaitļošanas jaudu.

Rets pusmetāls varētu būt atslēga uz krietni mazākiem un jaudīgākiem procesoriem
Foto: Brian Kostiuk / cc

Tags

Datorzinātne Informācijas tehnoloģijas Tehnoloģijas
Publikācijas saturs vai tās jebkāda apjoma daļa ir aizsargāts autortiesību objekts Autortiesību likuma izpratnē, un tā izmantošana bez izdevēja atļaujas ir aizliegta. Vairāk lasi šeit.

Comment Form