211service.com
Nieuwe chip wijst de weg voorbij silicium
De eerste geavanceerde elektronische schakelingen gemaakt van germanium, een veelbelovend alternatief voor silicium, tonen een weg voor de computerindustrie om verder te gaan dan de fysieke beperkingen die nu worden bereikt. Onderzoekers van Purdue University demonstreerden de circuits deze week op de Internationale bijeenkomst over elektronische apparaten in San Francisco.
Overstappen van silicium naar germanium zou een ironische wending zijn. De eerste transistor, gemaakt in Bell Labs in 1947, was gemaakt van een plak germanium, een element één plek onder silicium in het periodiek systeem. Germanium werd geprobeerd omdat er heel snel lading doorheen stroomt, een belangrijke eigenschap voor een transistor. Maar toen ingenieurs uitwerkten hoe ze geïntegreerde schakelingen konden maken en op grote schaal konden vervaardigen, werd germanium gereserveerd voor silicium omdat het gemakkelijker is om mee te werken.
Nu fabrikanten problemen zien met de voortgaande miniaturisering van silicium, beleeft germanium een opleving. De germaniumcircuits gedemonstreerd door de ingenieur van Purdue University Peide Ye en collega's suggereren dat het materiaal over een paar jaar klaar zou kunnen zijn voor commercialisering.
De kleinste transistors die momenteel in productie zijn, zijn slechts 14 nanometer in doorsnee en ze zijn ongelooflijk dicht op elkaar gepakt. De halfgeleiderindustrie merkt dat het opschalen van een kleinere schaal een reeks problemen met zich meebrengt. Bij een panel dat tijdens de IEDM-conferentie werd gehouden, Mark Bohr , een senior fellow bij Intel, schatte dat het opschalen van silicium over ongeveer tien jaar zou eindigen. Mijn algemene reactie is wild enthousiasme voor elk nieuw idee, zei hij.
Met uitstekende elektrische eigenschappen heeft germanium altijd beloofd om snellere circuits te maken dan silicium. Maar ingenieurs konden het niet gebruiken om compacte, energie-efficiënte circuits te maken op basis van de gevestigde productietechniek in de industrie, die bekend staat als complementaire metaaloxide-halfgeleider- of CMOS-technologie.
CMOS-circuits gebruiken transistors die negatieve ladingen geleiden, nFETS genaamd, en transistors die positieve ladingen geleiden, pFET's genoemd.
Germanium pFET's zijn een slam dunk, Krishna Saraswat , een elektrotechnisch ingenieur aan de Stanford University die niet betrokken is bij Ye's project, maar nFET's waren het knelpunt. Ye kwam met een nieuw ontwerp voor germanium nFET's dat hun prestaties drastisch verbetert.
Saraswat is mede verantwoordelijk voor de heropleving van de belangstelling voor germanium, toen hij in 2002 het eerste artikel publiceerde waarin hij krachtige germaniumtransistors beschreef, die twee tot drie keer beter waren dan siliciumequivalenten. De basiswetenschap is gedaan en nu zien we werk aan de basistechniek, zegt Saraswat.
Andere alternatieve materialen, zoals koolstofnanobuisjes of samengestelde halfgeleiders, die zijn gemaakt van meerdere elementen, zijn ook veelbelovend voor het verdringen van silicium, maar zullen voor de chipindustrie moeilijker te leren gebruiken. Chipmakers gebruiken daarentegen al germanium in silicium pFET's. Elke keer dat je kunt omgaan met een elementaire halfgeleider zoals silicium of germanium, is het gemakkelijker, zegt Xiuling Li , een ingenieur aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign.