211service.com
Intel kijkt verder dan silicium
Intel heeft een nieuw soort transistor ontwikkeld, gemaakt van een ander materiaal dan silicium, dat het potentieel heeft om sneller te zijn en minder elektriciteit te verbruiken dan de huidige chips. En, cruciaal, de nieuwe transistors zijn economisch en kunnen worden gefabriceerd met behulp van bestaande productiefaciliteiten, omdat ze direct bovenop standaard siliciumwafels kunnen worden gebouwd. Dergelijke chips gemaakt met deze niet-siliciumcomponenten zijn nog minstens een decennium verwijderd, maar experts uit de industrie zijn van mening dat ze een van de meer veelbelovende opties zijn om silicium in de komende jaren te vervangen.
Een betere buffer: Intel heeft aangetoond dat niet-siliciumtransistors kunnen worden gefabriceerd op een siliciumwafer door ze op een dunne bufferlaag te laten groeien. Eerdere bufferlagen waren relatief dik en zouden daarom barsten en transistors beschadigen.
Naarmate transistors steeds kleiner worden, werkt het silicium waaruit ze zijn samengesteld niet zo goed: elektriciteit lekt door de lagen, wat leidt tot overmatige hitte en gebrekkige logica. Onderzoekers van Intel en andere chipproducerende bedrijven zoals AMD en IBM, evenals van universiteiten over de hele wereld, proberen een vervanging voor silicium te vinden. Sommigen vermoeden dat koolstofnanobuisjes of een ander koolstofmateriaal, grafeen genaamd, het antwoord zou kunnen zijn. (Zie Carbon Nanotube Computers and New Graphene Transistors Show Promise.) Maar anderen steken geld en onderzoek in samengestelde halfgeleiders, een klasse halfgeleiders die is gemaakt van een combinatie van elementen uit de derde en vijfde kolom van het periodiek systeem. (Zie Verder dan silicium en de wet van Moore handhaven zonder silicium.)
Samengestelde halfgeleiders zijn aantrekkelijk voor ingenieurs omdat elektronen er gemakkelijker doorheen bewegen dan dat ze door silicium bewegen. Dit betekent dat de samengestelde halfgeleiders net zo snel kunnen werken als, of sneller dan, een op silicium gebaseerde transistor, maar zonder dat ze zo'n grote spanning nodig hebben. En naarmate apparaten krimpen, is het van cruciaal belang dat ze lage spanningen nodig hebben: anders raken ze oververhit en lekken ze elektriciteit - problemen die silicium beginnen te plagen. Samengestelde halfgeleiders zijn echter niet gemakkelijk rechtstreeks op silicium te kweken. De materialen zijn vaak onverenigbaar met silicium - de atomen zijn zo uit elkaar geplaatst dat ze niet goed op elkaar aansluiten. Wanneer ze direct op elkaar worden gelaagd, is het resultaat een gebarsten kristal en defecte transistors.
Intel heeft een oplossing voorgesteld voor het atomaire mismatch-probleem in een paper dat vandaag is gepresenteerd op de Internationale bijeenkomst over elektronische apparaten , in Washington, DC. Om hun nieuwe transistors te bouwen, hebben de onderzoekers de samengestelde halfgeleiders gelaagd, genaamd indium galliumarsenide en indium aluminiumarsenide.
Wanneer deze materialen worden gestapeld, werken hun elektronische eigenschappen samen om kwantumbronnen te vormen - plaatsen waar geladen deeltjes zoals elektronen kunnen worden opgesloten - die als transistors fungeren, zegt Michael Mayberry , directeur van componentenonderzoek en vice-president van Intel's technologie- en productiegroep. Om de spanning en het barsten te voorkomen, voegden de onderzoekers bufferlagen van de twee materialen toe. De kunst is om ervoor te zorgen dat de bufferlagen concentraties van atomen bevatten die iets beter compatibel zijn met silicium. Maar naarmate er meer lagen worden toegevoegd, komt de atomaire afstand perfect overeen met die van de transistorlagen. Mayberry zegt dat de buffer iets meer dan een micrometer dik is en voorkomt dat eventuele defecten de transistors aantasten.
Om zeker te zijn, hebben veel onderzoekers voorgesteld bufferlagen toe te voegen tussen silicium en niet-siliciummaterialen. Bijvoorbeeld, een bedrijf genaamd Ambergolf , in Salem, NH, opgericht door Gene Fitzgerald, een professor in materiaalkunde aan het MIT, heeft een benadering waarbij germanium wordt gebruikt op een soort siliciumwafel met een laag siliciumdioxide, een isolerend materiaal, ingebouwd. (Zie Snelheid toevoegen aan Silicium.)
Echter, opmerkingen Jezus del Alamo , die ook hoogleraar elektrotechniek is aan het MIT, is Intels benadering uniek omdat de onderzoekers de bufferlagen hebben laten groeien uit hetzelfde materiaal dat ze gebruiken voor de transistors. Daarnaast heeft Intel volgens hem laten zien dat er slechts een dunne bufferlaag nodig is om goede kwaliteit te krijgen. Een dikke bufferlaag, die wel vijf micrometer dik kan zijn, is kostbaar en scheurt sneller, voegt hij eraan toe.
Het werk is indrukwekkend, zegt del Alamo. Als je de laagstructuur op silicium kunt brengen, dan voelen en zien de substraten eruit als silicium, en kunnen alle gereedschappen die zijn ontwikkeld voor siliciumproductie opnieuw worden gebruikt in deze nieuwe technologie.
Toch merkt Mayberry op dat er nog een handvol problemen zijn die moeten worden aangepakt voordat deze transistors in consumentenelektronica kunnen verschijnen. Ten eerste is de poort, of de aan-uitschakelaar, voor deze nieuwe transistors relatief groot met 80 nanometer. Mayberry zegt dat ingenieurs dit moeten verkleinen, zodat chips een relatief hoge transistordichtheid hebben. Hij voegt eraan toe dat in de tussentijd sommige van deze materialen hun weg kunnen vinden naar het proces van het maken van chips, om te worden gebruikt in specifieke componenten in microprocessors.