Теги → транзисторы
Быстрый переход

Немецкие учёные открыли полупроводник с переменной проводимостью — это открывает новые пути развития электроники

Немецкие учёные намерены создать полупроводник, который в шутку можно назвать транзистором Шрёдингера. В некотором роде он одновременно и есть, и его нет, что по духу близко к знаменитому мысленному эксперименту с котом, который и жив, и мёртв в один и тот же момент времени.

 Источник изображения: TUM

Источник изображения: TUM

Если говорить предметно и серьёзно, то группа исследователей из Мюнхенского технического университета (TUM) открыла материал, который в зависимости от температуры демонстрирует либо n-, либо p-проводимость, либо вообще выключается.

Как известно, простейшим полупроводниковым прибором является диод. Этот электронный прибор проводит ток в одном направлении, что обусловлено его структурой — объединением двух полупроводниковых материалов с разной проводимостью. Материал с электронной проводимостью (n-типа) получается при легировании кремния фосфором, мышьяком или сурьмой, что добавляет ему свободные электроны, а легирование бором, алюминием и галлием связывает свободные электроны и превращает материал в полупроводник с дырочной проводимостью (p-типа).

Созданный за 12 лет немецкими учёными материал Ag18Cu3Te11Cl3 из элементов серебра, меди, теллура и хлора демонстрирует n- или p-проводимость без какого-либо легирования, что обещает круто изменить подход при производстве полупроводников. Чтобы сделать np-переход или, по-простому, диод, в новом материале достаточно создать перепад температур в несколько градусов. Что важно, перепад рабочих температур лежит в диапазоне комнатных, а это означает готовность к немедленному практическому применению.

Материал обеспечивает n-проводимость при температуре 22 °C и p-проводимость при температуре 35 °C. Если убрать разность температур, то диода на этом месте как электронного прибора не станет. Создадим разность температур, диод снова появится. С транзистором на переходах из такого материала будет та же история. Равномерный прогрев (или остывание) выключат его из электронной схемы, а градиент температур вернёт в схему. При этом физически транзистор всё время будет оставаться на одном и том же месте.

Учёные пока не готовы говорить об идеях реализации электроники на предложенных принципах, но видят в этом скрытый и наверняка огромный потенциал.

Просто добавь воды: учёные создали «чип» на ионных транзисторах в жидкой среде

Группа американских учёных успешно собрала ионную микросхему — она состоит из транзисторов, работающих в жидкой среде, а течение тока обеспечивается не электронами, как в случае с твердотельными полупроводниковыми транзисторами, а заряженными молекулами и атомами. По словам авторов проекта, схожим образом работает передача информации по нейронам внутри мозга.

 Источник изображения: seas.harvard.edu

Источник изображения: seas.harvard.edu

Проект разработала группа учёных во главе с Ву Бин Чжуном (Woo-Bin Jung) из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук им. Джона Полсона. Передача сигналов в головном мозге осуществляется посредством ионов в жидкой среде. Воспроизвести вычислительную производительность человеческого мозга пока чрезвычайно сложно, да и кремниевые компоненты пока демонстрируют более высокие показатели, однако упрощённый вариант этой схемы создать удалось, и в перспективе она сможет предложить свои преимущества. К примеру, ионы можно создавать из различных молекул, и в каждом случае они будут обладать различными свойствами и иметь свою сферу применения.

На первом этапе инженеры построили функционирующий ионный транзистор — компонент, управляющий входящим сигналом, а затем несколько сотен таких транзисторов объединили в целостную ионную миксросхему. Ионный транзистор состоит из трёх электродов: одного дискообразного в центре и двух кольцеобразных вокруг него. При подаче напряжения к центральному диску производится электромеханическая реакция — образуется ионный ток от него в направлении жидкой среды. Скоростью этой реакции можно управлять, изменяя pH-показатель среды — это происходит, когда кольцевые электроды захватывают или, напротив, сами производят ионы водорода. Это позволяет транзистору выполнять операцию умножения, а при их объединении в массив размерами 16×16 схема даёт возможность производить умножение матриц — самую распространённую операцию в области искусственного интеллекта.

В своём теперешнем исполнении технология имеет существенные ограничения. К примеру, отсутствует возможность получения всех 16 выводов одновременно, то есть операции приходится выполнять последовательно, что дополнительно замедляет и без того не очень быстрые компоненты. Тем не менее, авторам удалось достичь принципиальной работы модели, и теперь она будет совершенствоваться: к примеру, они планируют ввести в неё более широкий спектр молекул, что в теории позволит обрабатывать более сложную информацию.

Авторы исследования не собираются подменять электронику ионикой — новая технология сможет дополнить существующие решения или создать некий гибрид, обладающий возможностями обоих подходов.

Разработан первый в мире компьютерный чип, который передаёт данные звуковыми волнами вместо электронов

Учёные из Гарвардского университета разработали первый в мире компьютерный чип, который передаёт и обрабатывает данные с помощью звуковых волн, а не потоков электронов. Новшество может найти применение как для классических компьютеров, так и для квантовых.

 Источник изображения: Linbo Shao/Harvard SEAS

Источник изображения: Linbo Shao/Harvard SEAS

Сегодня данные в процессорах передаются и обрабатываются либо с помощью электрического тока (электронами), либо с помощью импульсов света (фотонами). Использование звуковых колебаний для передачи данных ближе к оптической передаче, но имеет свои особенности. Главным преимуществом акустического сигнала учёные считают способность намного сильнее взаимодействовать с системой, чем это могут фотоны. Например, звук может снизить вероятность ошибок или повысить энергоэффективность решений.

В то же время скорость распространения звука в материале ниже, чем для электромагнитных волн на той же частоте. Очевидно, необходимо будет искать компромисс, подчёркивая плюсы и нивелируя недостатки. В любом случае, появился новый путь для микроэлектроники, а кто и как им воспользуется — это отдельный вопрос.

«Акустические волны перспективны как носители информации на кристалле для квантовой и классической обработки информации, но разработка акустических интегральных схем была затруднена невозможностью управлять акустическими волнами с малыми потерями и масштабируемым способом, — сказал Марко Лонкар (Marko Loncar), профессор электротехники и ведущий автор нового исследования, опубликованного в журнале Nature Electronics. — В этой работе мы показали, что можем управлять акустическими волнами на интегрированной платформе из ниобата лития, что еще на один шаг приближает нас к акустической интегральной схеме».

Фактически учёные создали только один компонент потенциального акустического чипа — электроакустический модулятор на кристалле. Предыдущие акустические устройства были пассивными. Изобретение американских учёных добавляет в инструмент проектировщиков чипов электронные цепи для активного управления звуковыми волнами как носителями цифровой информации. Модулятор применяет электрическое поле для управления фазой, амплитудой и частотой звуковых волн. В некотором роде это можно считать аналогом транзистора в современной электронике. Пожалуй, такого ещё не было. Но во что выльется это изобретение остаётся только догадываться.

Учёные впервые создали биполярный транзистор из органических материалов — это обещает прорыв для гибкой электроники

Дисплеи OLED стали прорывом после ЖК-экранов, в чём существенно помогла органическая природа светодиодов первых. Органические материалы идеальны для производства электроники на тонких и гибких подложках, поскольку для этого широко используются технологии струйной печати. И если со светодиодами и полевыми транзисторами из органики всё было более-менее хорошо, то достойных органических биполярных транзисторов не было. Но теперь они есть!

 Источник изображения: TU Dresden

Источник изображения: TU Dresden

Первый в мире эффективного биполярный транзистор из органических (углеродсодержащих) материалов создали специалисты из Технического университета Дрездена (TUD). Группа работала под руководством профессора Карла Лео (Karl Leo), который вынашивал идею более 20 лет. И всё получилось, о чём разработчики сообщили в статье в журнале Nature.

Решающее значение для изобретения имело использование высокоупорядоченных тонких органических слоёв. Новая технология обеспечила создание намного более производительного транзистора, чем предыдущие разработки в этой области. Впервые органические биполярные транзисторы достигли рабочих частот в гигагерцовом диапазоне. Это означает, что «органика» открывает себе путь к «цифре» — к мощным и производительным процессорам и контроллерам на гибких подложках, которым найдутся сотни применений, от электроники до имплантатов.

 Источник изображения: Nature

Источник изображения: Nature

Доктор Шу-Джен Ванг (Shu-Jen Wang), который руководил проектом вместе с доктором Майклом Савацки, объяснил: «Первая реализация органического биполярного транзистора была большой проблемой, поскольку нам пришлось создавать слои очень высокого качества и новые структуры. Однако превосходные параметры компонента вознаградили эти усилия».

TSMC внедрит транзисторы с круговым затвором при переходе на 2-нм техпроцесс в 2025 году

Компания TSMC подтвердила планы перехода на новые техпроцессы, транзисторы и технологии. В распространённом компанией документе чипы на 2-нм техпроцессе она начнёт выпускать в 2025 году и одновременно откажется от вертикально расположенных транзисторных каналов FinFET в пользу горизонтально расположенных каналов в виде наностраниц. О законе Мура на время придётся забыть, но энергоэффективность чипов существенно вырастет.

 Эволюция транзисторов. Источник изображения: Samsung

Эволюция транзисторов. Источник изображения: Samsung

Тайваньская TSMC отстаёт от компании Samsung по темпам перехода на новые (наностраничные) транзисторы GAAFET (Gate All Around) с круговым затвором. Само по себе это рискованное мероприятие — переход на новую структуру транзистора. Компания Samsung планирует начать производство чипов с наностраничными транзисторными каналами в конце текущего года в рамках 3-нм техпроцесса. Интересно отметить, что с новым руководством Intel в лице Патрика Гелсингера микропроцессорный гигант также пообещал форсировать переход на новые транзисторы GAAFET (в компании эта технология называется RibbonFET) и надеется сделать это примерно в 2024 году или на год раньше TSMC.

Транзисторные каналы в виде наностраниц (nanosheet) это почти такие же «рёбра» FinFET, только расположенные параллельно подложке кристалла, тогда как FinFET создаются перпендикулярно подложке. Из расположения наностраниц также следует, что затворы, материал которых страницы пронизывают насквозь от истока к стоку транзистора, окружают каналы-наностраницы со всех четырёх сторон. Большая площадь соприкосновения и большее число каналов-наностраниц позволяет увеличить токи через канал транзистора GAAFET и улучшить его управляемость.

 Источник изображения: TSMC

Источник изображения: TSMC

Также важным свойством наностраниц является более тонкая настройка транзисторов под задачи чипа, отсюда следует резко растущая энергоэффективность решений. Можно менять число страниц (каналов) и их ширину: для производительных чипов делать транзисторы с более широкими наностраницами, а для энергоэффективных — поуже.

Интересно отметить, что TSMC также определилась, хотя это не окончательный выбор, со следующей конструкцией транзистора после 2-нм транзисторов с наностраницами. После наностраниц компания рассчитывает наладить производство чипов с транзисторами CFET (см. рисунок ниже). В своё время мы тоже рассказывали о таких. Одним из разработчиков транзисторов CFET или комплементарных FET является бельгийский центр Imec. Транзисторы CFET состоят из пары комплементарных полевых транзисторов n- и p-типа, но расположены они друг над другом, что позволяет, грубо говоря, в два раза увеличить плотность размещения транзисторов на кристалле.

 Источник изображения: Imec

Источник изображения: Imec

«Это [CFET] всё еще находится на стадии исследования, — сказал глава TSMC в интервью EE Times. — Это всего лишь один из вариантов транзистора. Я не думаю, что могу назвать сроки, когда эта транзисторная технология пойдет в производство».

Возвращаясь к 2-нм техпроцессу, отметим, что до его внедрения TSMC рассчитывает на долгую жизнь 3-нм техпроцесса с привычными транзисторами FinFET. Между этими техпроцессами будет не меньше трёх лет, но даже после начала производства 2-нм чипов компания рассчитывает долго продолжать выпуск 3-нм решений — они будут надёжными и проверенными временем.

Предложена концепция магнитоэлектрического транзистора — идеального для организации оперативной памяти

Группа американских учёных предложила и испытала концепцию транзистора, состояния которого переключаются под воздействием элементарной намагниченности. К затворам таких транзисторов не нужно прикладывать напряжение, что ведёт в итоге к значительным расходам энергии. Вся схема работает на управляемой ориентации спинов атомов вещества в подложке транзистора. Это снизит потребление, а также позволит создавать сверхкомпактные ячейки памяти.

 Источник изображения: University of Buffalo / Advanced Materials

В зависимости от направления спинов атомов вещества подложки (красные или зелёные стрелки), электроны в слое графена отклоняются влево или вправо. Источник изображения: University of Buffalo / Advanced Materials

Целью работы, публикация которой состоялась в журнале Advanced Materials, было представить доказательства надежного спин-зависимого транспорта в монослое графена, осажденного на поверхность антиферромагнитного (AFM)/магнитоэлектрического оксида хрома (Cr2O3). Иными словами, учёные брались доказать, что в атомарно тонком слое материала с электронной проводимостью (на примере графена, но это могут быть любые другие 2D-материалы) возможно уверенно регистрировать сигналы после влияния на этот материал спиновым (магнитным) воздействием.

Графен, как и любой другой атомарно тонкий материал, интересен тем, что электроны в нём продвигаются на относительно большие расстояния без изменения ориентации спина (направления магнитного диполя). В сочетании с оксидом хрома проявились интересные свойства графена. Приложение небольшого напряжения к оксиду хрома выстраивало спины атомов этого вещества на его поверхности в месте контакта с графеном строго в определённой ориентации в зависимости от полярности приложенного напряжения: вверх при подаче на контакт положительного напряжения и вниз при подаче отрицательного.

При этом электроны в слое графена, лежащего непосредственно на поверхности оксида хрома, чутко реагировали на смену ориентации спинов атомов оксида хрома. Подчеркнём, как таковое магнитное поле вокруг слоя графена отсутствовало. Реакция спинов электронов в графене была исключительно на ориентацию спинов атомов подложки. В одном случае спины электронов в графене дружно отклонялись влево, а в другом случае — вправо. И этот сигнал был чётко различимым при температурах вплоть до комнатных.

Поскольку предложенный транзистор работает без переключения токов, он может сохранять установленное состояние даже после снятия питания. Это упростит организацию ячеек памяти и запоминающих устройств. Впрочем, предложенная концепция и выбор графена, а также оксида хрома к нему в пару — это лишь начало. Научные коллективы по всему миру могут начать проводить эксперименты в этом направлении, используя интересные для них материалы. Работа на общий результат приведёт к ещё более удивительным открытиям.

Китайцы создали самый маленький транзистор — он получил 0,34-нм затвор и это предел для существующих материалов

Группа китайских учёных придумала необычный дизайн транзистора. Благодаря уникальной конструкции они изготовили самый маленький в мире транзистор с длиной затвора всего 0,34 нм. Дальнейшее уменьшение длины затвора с использованием традиционных техпроцессов в принципе невозможно, ведь речь идёт о длине затвора, равной ширине одного атома углерода.

 Источник изображения: John Timme /

Источник изображения: John Timme / arstechnica.com

О своём изобретении учёные рассказали в свежей статье в журнале Nature. В открытом доступе статьи пока нет. Отметим также, что разработка носит экспериментальный характер и не может похвастаться интересными характеристиками. Тем не менее, китайские учёные доказали жизнеспособность концепции, её работоспособность и повторяемость в случае использования традиционных техпроцессов.

Новый транзистор учёные назвали вертикальным транзистором с боковой стенкой. Идею вертикального расположения транзисторного канала, кстати, недавно реализовали также компании Samsung и IBM, о чём мы в своё время рассказывали. Но китайские разработчики смогли удивить. Затвор в новом транзисторе представляет собой срез одного атомарного слоя графена, а его толщина, как известно, равна толщине одного атома углерода или примерно 0,34 нм. И самое удивительное, что для изготовления затвора такой длины не нужны никакие современные литографические сканеры. Все необходимые тончайшие компоненты создаются с помощью процессов осаждения в вакууме.

Как это происходит? Берётся обычная кремниевая подложка. Она играет роль основания. В электрических процессах кремний никак не участвует, хотя, теоретически, может защищать от токов утечек. На кремниевом слое из сплава титана и палладия изготовлены две ступеньки. На верхнюю ступеньку укладывается лист графена. Точность при этом не нужна. Она будет достигаться позже обычным травлением. На лист графена укладывается слой предварительно окисленного на воздухе алюминия. Окисел служит изолятором для структуры. Поэтому алюминий в электрической цепи транзистора не участвует, хотя полной ясности в назначении алюминиевой прослойки нет.

После укладки алюминия производится обычное травление, в ходе которого обнажается край графена, включая срез алюминиевой накладки. Тем самым формируется затвор из графена длиной 0,34 нм с точно выверенной топологией. Чуть выше него обнажается срез алюминия, который уже может образовать электрическую связь с затвором, но не прямую. На этом этапе на обе ступеньки и на боковую стенку наносится тончайший слой оксида гафния — изолятора, который исключает электрическую связь затвора с остальной структурой транзистора и, в частности, с каналом транзистора.

Поверх диэлектрика из оксида гафния наносится тончайший близкий к атомарной толщине слой дисульфида молибдена (MoS2). Дисульфид молибдена — полупроводник, он играет роль канала транзистора, которым управляет затвор в виде среза графена. Получается структура толщиной около двух атомов, с затвором длиной в один атом. Сток и исток у транзистора — это металлические контакты, нанесённые на дисульфид молибдена. Изящное решение проблемы закона Мура и, судя по всему, на этом его действие будет завершено, если говорить о традиционных техпроцессах.

ASUS подтвердила производственный брак у плат ROG Maximus Z690 Hero и начала их отзыв

На днях сообщалось о серьёзных технических недостатках материнских плат ASUS ROG Maximus Z690 Hero. Владельцы этой модели через различные платформы жалуются на выгорающие транзисторы, сопровождая свои рассказы фотографиями в качестве доказательств. Сам производитель подтвердил проблему и начал кампанию по отзыву потенциально проблемных плат.

 Источник изображения: ASUS

Источник изображения: ASUS

Сперва стоит указать, что теория, предложенная техническим экспертом Buildzoid, основанная на анализе фотографий владельцев выгоревших плат, подтвердилась. Специалист посчитал корнем проблемы выгорающих транзисторов MOSFET неправильно установленный рядом с ними полимерный конденсатор. Портал Tom’s Hardware обратился в ASUS за комментариями, где это предположение подтвердили, а также сообщили, что начинают отзывать материнские платы ROG Maximus Z690 Hero определённых серий. Ниже приведено полное заявление производителя:

«Компания ASUS стремится к производству продукции высочайшего качества и поэтому мы очень серьёзно относимся к каждому отчёту наших покупателей. Недавно нам стало известно об инцидентах с материнской платой ROG Maximus Z690 Hero. В ходе нашего собственного и все ещё продолжающегося расследования мы предварительно определили её потенциальный источник. На одной из наших производственных линий в ходе сборки плат действительно был не той стороной установлен один из конденсаторов подсистемы питания ОЗУ. Это может привести к ошибке 53 в ходе POST-проверки, не прохождению этой проверки или к повреждению компонентов материнской платы. Проблемные платы были выпущены в 2021 году, имеют номер детали (Part. No.) 90MB18E0-MVAAY0, а также серийные номера (Serial No.), начинающиеся с букв MA, MB и MC», — сообщает ASUS.

Проверить номер детали и серийный номер платы можно на упаковке материнской платы. Они выглядят вот так:

 Источник изображения: ASUS

Источник изображения: ASUS

«К 28 декабря 2021 года нам известно лишь о нескольких отчётах об инцидентах [с ROG Maximus Z690 Hero] в США. Вместе со своими поставщиками компонентов, а также нашими клиентами мы продолжаем расследование, чтобы выявить все возможные затронутые материнские платы ROG Maximus Z690 Hero на рынке, и будем работать над программой по замене дефектных изделий. Спасибо всем за поддержку и терпение, пока мы работаем над программой замены. Если у вас возникли какие-либо вопросы, пожалуйста, обратитесь в сервисную поддержку ASUS. С наилучшими пожеланиями команда ASUS», — добавил производитель.

Если вы являетесь владельцем платы ROG Maximus Z690 Hero и не уверены в том, какой номер детали и серийный номер ей принадлежит, то лучшим способом убедиться в её безопасности будет обратить внимание на полимерный конденсатор, расположенный на изображении ниже.

 Неправильно установленный конденсатор

Неправильно установленный конденсатор

 Правильно установленный конденсатор. Источник изображения: JayzTwoCents

Правильно установленный конденсатор. Источник изображения: JayzTwoCents

Он находится рядом со слотом ОЗУ DDR5 и индикатором POST-кодов. Если цифра 150 перевёрнута вверх ногами, то конденсатор установлен неправильно (у него нарушена полярность). На это также будет указывать маркировка (полоска на конденсаторе). Обратите внимание на изображение ниже, где используется конденсатор от другого поставщика.

 Правильно установленный конденсатор

Правильно установленный конденсатор

Если полоска находится не справа, а слева — элемент установлен неправильно. В этом случае лучше прекратить использование данной материнской платы и обратиться в техническую поддержку ASUS.

На некоторых ASUS ROG Maximus Z690 Hero стали плавиться транзисторы — возможно, из-за неправильной установки конденсатора

Чуть больше недели назад в Сети стали появляться жалобы от владельцев материнских плат ASUS ROG Maximus Z690 Hero. В них указывается, что расположенные рядом с индикатором POST-кодов и слотами DIMM оперативной памяти два транзистора MOSFET в буквальном смысле выгорают по непонятной причине.

 Источник изображения: ASUS

Источник изображения: ASUS

Со временем жалоб стало больше и на них обратили внимание профильные видеоблогеры. Например, популярный YouTube-канал JayzTwoCents провёл собственные тесты с платой, которую он получил на обзор. Он пытался спровоцировать выход из строя указанных транзисторов, но у него ничего не получилось. Указанные MOFSFET’ы отвечают за подачу напряжение 5 В на ряд различных компонентов материнской платы, включая подсистему питания слотов для модулей памяти DDR5. Из-за выгоревших MOFSFET’ов подсистема питания ОЗУ не работает, о чём сигнализирует индикатор POST-кодов, выдавая ошибку 53. Вследствие этого ПК на этой материнской плате не запускается.

 Источник изображения: ASUS Forums

Источник изображения: ASUS Forums

По мнению технического эксперта Buildzoid, он обнаружил корень проблемы. Поскольку у него на руках не оказалось платы ASUS ROG Maximus Z690 Hero, весь анализ он провёл буквально по фотографиям владельцев, которые уже столкнулись с проблемой выгоревших транзисторов. По его мнению, всё дело в плохом контроле качества ASUS, который не убедился в том, что все компоненты материнской платы установлены правильно. Источник всех бед скрывается не в самих транзисторах.

Слева от указанных транзисторов расположен полимерный конденсатор. На фотографии ниже он выделен красным.

 Источник изображения: Buildzoid

Источник изображения: Buildzoid

Buildzoid обратил внимание на то, что у большинства плат со сгоревшими MOFSFET’ами, этот конденсатор установлен с нарушением полярности. На конденсаторе имеется метка полярности, которая должна располагаться справа. Обратите внимание на фотографию ниже, где конденсатор установлен правильно.

 Источник изображения: JayzTwoCents

Источник изображения: JayzTwoCents

У платы, побывавшей у нас на обзоре, конденсатор установлен правильно. Метка полярности находится справа, как и положено.

На большинстве проблемных плат метка оказалась слева, а маркировка этих элементов читалась вверх ногами. Нарушение полярности при установке конденсатора оказывает на него повышенную нагрузку при работе, приводит к очень сильному нагреву, деградации, а затем и к выходу из строя. Кроме того, при неправильной установке конденсатора страдают соседние транзисторы, которые в буквальном смысле начинают плавиться от высоких температур соседа.

 Источник изображения: ASUS Forums

Источник изображения: ASUS Forums

Теория Buildzoid такова, что ASUS выпустила партию плат с неправильно установленными конденсаторами. Вероятно, в ленточную машину, которая отвечает за установку этих микросхем на плату, конденсаторы были загружены не той стороной. В своём видео он также отмечает, что не на всех платах ASUS ROG Maximus Z690 Hero, где указанные конденсаторы были установлены неправильно, MOFSFET’ы уже сгорели. Но очень высока вероятность, что в будущем такой инцидент произойдёт.

Сама компания ASUS пока не давала никаких официальных комментариев на этот счёт.

Российские и японские учёные создали 2,8-нм транзистор из углеродной нанотрубки

Международная группа учёных из России и Японии впервые продемонстрировала возможность контролируемого производства углеродных нанотрубок с заданными свойствами. Технология позволила создать экспериментальный транзистор с длиной канала 2,8 нм. Это приближает к практическому применению углеродных нанотрубок в электронике и высокоточных датчиках.

 Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Одно из замечательных свойств углеродных нанотрубок заключается в полном изменении их свойств, включая электропроводность, даже при минимальном изменении скрутки или, как говорят учёные, при изменении индекса хиральности. Проблема в том, что в режиме обычного синтеза нанотрубок — полых цилиндров из скрученных листов графена — получается массив из целого зоопарка структур, из которого невозможно выделить нанотрубки со свойствами полупроводников или металлов.

В принципе, подобный подход позволяет использовать углеродные нанотрубки в качестве элементов транзисторов, однако масштабировать такие структуры можно только до определённого предела. В частности, транзистор из одной нанотрубки таким способом сделать было нельзя. Во всяком случае, с точки зрения массового и контролируемого способа производства. Учёные из России и Японии бросили этому вызов и добились заметных успехов.

 Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Эксперимент был проведён учёными в Японии. Теоретическое обоснование получившегося результата и моделирование провели учёные из России, в частности из НИТУ «МИСиС» и ИБХФ РАН. Работа опубликована в ведущем международном журнале Science.

Исследователи выяснили и теоретически обосновали эффект локального нагрева углеродных нанотрубок с сопутствующей пластической деформацией, в ходе которого нанотрубки приобретают заданные полупроводниковые свойства с сохранением металлических свойств. Фактически учёные показали, как отдельные углеродные нанотрубки можно превратить в структуры, идентичные транзисторам. Эти эксперименты будут продолжены, но уже сейчас повторяемость результата рождает надежду, что когда-нибудь мы увидим шаг в сторону ещё более мелких электронных компонентов.

Учёные представили революционный транзистор — он один заменяет целые логические схемы

Учёные сделали шаг в интересном направлении в производстве полупроводников — они разработали динамически программируемый транзистор, который один может реализовать такую многокомпонентную логику, как NOR, NAND и другую. Предложенный транзистор легко ложится на существующую инфраструктуру производства и не использует экзотические материалы. Особенный выигрыш от его использования ожидается в сфере искусственного интеллекта.

 Источник изображения: ACS Nano

Источник изображения: ACS Nano

Обычный транзистор состоит из двух электродов для токопроводящего канала и ещё одного электрода для управления каналом (затвором). Управление затвором позволяет пропускать ток через транзистор или запирать его. На этом принципе базируется практически вся современная цифровая электроника. Исследователи из Венского технического университета (TU Wien) предложили добавить в структуру транзистора два дополнительных электрода и соединить их тончайшей нитью из чистого германия (Ge). И это принесло успех.

Благодаря своим электронным свойствам германий демонстрирует эффект отрицательного дифференциального сопротивления. Это означает, что по мере увеличения напряжения на определённом участке ток перестаёт увеличиваться и образуется провал. Чем большее напряжение мы подаём на таком отрезке вольтамперной характеристики, тем меньше ток, что также можно использовать для переключения прибора (сигнала).

Этот дополнительный металл-германиевый переход (в качестве металлических электродов использован алюминий) позволяет программировать транзистор на заданные пороговые напряжения переключения состояний. Подчеркнём, этот порог можно динамически устанавливать на заданном уровне — это фактически программирование транзистора на ряд последовательных логических операций вместо простого «включено» или «выключено».

«До сих пор интеллект электроники возникал просто благодаря соединению нескольких транзисторов, каждый из которых обладал лишь довольно примитивной функциональностью. В будущем этот интеллект может быть перенесён на адаптивность самого нового транзистора, — сказал профессор Вальтер Вебер (Walter M. Weber). — Арифметические операции, для которых ранее требовалось 160 транзисторов, благодаря этой повышенной адаптивности станут возможны с 24 транзисторами. Таким образом, скорость и энергоэффективность схем также могут быть значительно увеличены».

Данные по этой работе были опубликованы в издании ACS Nano и полностью доступны на сайте издания.

IBM рассказала, в чём секрет вертикальных транзисторов VTFET

В минувший понедельник компании IBM и Samsung представили вертикальный транзистор VTFET, который заявлен как прорыв в области производства полупроводников. Благодаря переходу на вертикальные транзисторы можно будет в два раза повысить производительность схем или на 85 % снизить их потребление. Но главное, транзисторы VTFET позволят наращивать плотность элементов на кристалле и продлят действие закона Мура. IBM пояснила, как это будет работать.

 Транзистор VTFET изображён слева, справа обычный транзистор FinFET. Источник изображения: IBM

Транзистор VTFET изображён слева, справа обычный транзистор FinFET. Источник изображения: IBM

Современные транзисторы FinFET и даже перспективные GAAFET с кольцевым охватом канала сохранили одну общую и важную черту в строении, которая появилась ещё в бытность изготовления планарных транзисторов. Каналы транзисторов, а также их стоки и истоки располагались, располагаются и будут располагаться в толще кристалла в горизонтальной плоскости (для транзисторов GAAFET добавятся поднятые над уровнем кристалла листовидные каналы, но суть это не меняет). Важнейшим следствием такого строения является то, что транзисторы приходится либо держать на отдалении друг от друга, либо изолировать их в случае достаточно тесного расположения. В любом случае существует предел уплотнения, ниже которого шагнуть просто нельзя.

 Краткая история транзисторов в изложении Samsung. Источник изображения: Samsung

Краткая история транзисторов в изложении Samsung. Источник изображения: Samsung

IBM и Samsung предложили простое инженерное решение. Они разнесли сток и исток транзистора на разные уровни по высоте — расположили один под другим. Тем самым транзисторный канал поменял физическую ориентацию и направление переноса тока с горизонтальных на вертикальные. Вертикальная ориентация канала и разноуровневое размещение стоков и истоков позволили увеличить токи через транзистор и оптимизировать внутрисхемную изоляцию, в частности, снизить токи утечек.

 Чередование элементов FinFET транзистора на кристалле с разделением изоляторами. Источник изображения: IBM

Чередование элементов FinFET транзистора на кристалле с разделением изоляторами. Источник изображения: IBM

При вертикальном расположении канала также можно варьировать его длину и сечением, создавая транзисторы с нужными характеристиками. При этом мы не забираем драгоценное место на кристалле и не жертвуем плотностью размещения элементов на нём. Для затворов вертикальных транзисторов (на самом первом изображении затвор выделен синим цветом) также остаётся простор по геометрии и току, что также расширяет выбор характеристик как по производительности, так и по потреблению.

 Чередование транзисторов с вертикальным размещением элементов. Источник изображения: IBM

Чередование транзисторов с вертикальным размещением элементов. Источник изображения: IBM

На кусочке кремния размером с ноготь IBM обещает размещать до 50 млрд вертикальных транзисторов, что остаётся мечтой для современных техпроцессов и техпроцессов ближайшего будущего.

Вы скажете, что это настоящий прорыв. А мы напомним, что ещё три года назад настоящий прорыв совершили инженеры из бельгийского исследовательского центра Imec. Они предложили и испытали техпроцесс вертикального изготовления сразу комплементарной пары транзисторов. На фоне предложения бельгийцев VTFET выглядит предельно простым и скромным решением. Впрочем, простое решение легче ввести в практику и внедрить в массовое производство. В любом случае, тенденция налицо — электроника карабкается вверх, а не вширь.

 Предложенная Imec комплиментарная структура из двух транзисторов. Источник изображения: Imec

Предложенная Imec комплиментарная структура из двух транзисторов. Источник изображения: Imec

Samsung представила технологию производства чипов 17LPV — гибрид 14- и 28-нм техпроцессов

Компания Samsung анонсировала новый 17-нм техпроцесс, предназначенный для производства продуктов, которые сейчас производятся с использованием планарного 28-нм техпроцесса, но могли бы получить определённые преимущества при переходе на 14-нм техпроцесс FinFET. Всё же, большая часть полупроводниковой продукции сейчас выпускается по отнюдь не самым передовым техпроцессам, и Samsung предлагает им возможность улучшения.

 Источник: anandtech.com

Источник: anandtech.com

При разработке полупроводниковых компонентов всегда учитываются проектные нормы. Поэтому нельзя просто так начать производить компоненты, разработанные под 28-нм техпроцесс на более современных 14-нм линиях, так как на них применяется совершенно разный подход к формированию микросхем, не говоря уже об отличиях в конструкции самих транзисторов.

При производстве учитываются два или три основных сегмента. Производство начинается с этапа Front-End-Of-Line (FEOL) — формирования активных частей кристалла. Когда говорят о передовых технологиях, подразумевается именно FEOL, на котором реализуются наиболее совершенные средства создания кремниевых элементов. Далее следует этап Back-End-Of-Line (BEOL) — формирование межсоединений и вспомогательных подключений. Иногда говорят о промежуточном этапе Middle-End-of-Line (MEOL), на котором формируются крошечные металлические структуры, которые подключаются к линиям BEOL.

При описании технологий, например, 28 нм, предусматриваются проектные нормы для обоих этапов — FEOL и BEOL. Но в отдельных случаях производители объединяют одни проектные нормы FEOL с другими BEOL, чтобы создать линейку продуктов с некоторыми особенностями обоих сегментов. Именно так был реализована новая 17-нм технология 17LPV (Low Power Value), анонсированная в рамках мероприятия Samsung Foundry Forum.

 Источник: samsung.com

Источник: samsung.com

Технология 17LPV объединяет 14-нм FEOL (и, соответственно, 14-нм FinFET-транзисторы) с межсоединениями 28-нм BEOL. Это значит, что за дополнительную плату заказчики могут получить преимущества производительности и энергопотребления технологии FinFET без дополнительных затрат на более плотные BEOL. Как уточнила компания Samsung, технология 17LPV обеспечивает уменьшение площади компонента на 43 %, увеличение производительности на 39 % или повышение энергоэффективности на 49 % в сравнении с 28-нм аналогами.

На практике решения на основе 17LPV смогут использоваться, например, в сигнальных процессорах обработки изображения с камеры, где не требуется максимальная плотность элементов. Кроме того, Samsung будет использовать технологию при производстве дисплеев — на компонентах высокого напряжения.

Samsung также представила технологию 14LPU (Low Power Ultimate) схожего предназначения и, вероятно, архитектуры, которая будет применяться во встроенных MRAM и микроконтроллерах. Компания пока не стала уточнять сроков внедрения новых решений, однако представители Samsung Foundry назвали данные технологии «сменой парадигмы» для компании, которая позволит усовершенствовать специализированные компоненты.

Учёные из Сколтеха и IBM представили новый оптический транзистор, который в 1000 раз быстрее обычного

Переход на оптические транзисторы, которые используют для переключения свет и даже одиночные фотоны, обещает тысячекратно повысить скорость работы процессоров без повышения энергозатрат. Сегодня учёные ищут оптимальные условия для работы таких транзисторов. Достаточно далеко по этому пути прошли учёные из Сколтеха и IBM, которые предложили физику и технологию переключений состояний оптических коммутаторов.

 Источник изображения: Сколтех

Источник изображения: Сколтех

Сами по себе фотоны пренебрежимо слабо взаимодействуют друг с другом и с материей. Чтобы фотоны могли переключать состояния транзистора необходимо создать им такую среду, в которой взаимодействие с фотонами носило бы сильный характер. Исследователи из Сколтеха и IBM годами шли к этой цели и добились значимых результатов. Промежуточные результаты выглядели скромно, но сегодня они помогли сформировать представление о том, как может выглядеть оптический транзистор будущего.

Новая структура оптического транзистора строится вокруг полимерного оптического резонатора, зажатого с двух сторон неорганическим материалом с высокими светоотражающими свойствами. Структура управляется двумя лазерными лучами — контрольным и накачки. Контрольный луч может оперировать малым числом фотонов вплоть до одного, что создаёт основу для предельной энергоэффективности (что может быть экономичней одного фотона?). Задача контрольного луча — подготовить в резонаторе условия перед запуском луча накачки, который, в свою очередь, переведёт транзистор в состояние 0 или 1.

Более сильный луч накачки возбуждает в резонаторе так называемые экситон-поляритоны — гибридные состояния света и вещества с очень малым временем жизни. Это квазичастицы, образующиеся при взаимодействии фотонов и других квазичастиц — экситонов. Экситоны же представлены электронным возбуждением в среде, в частности, обычными связанными парами электрона и дырки. Составные квазичастицы из фотонов и экситонов называются экситон-поляритонами. Запуск в структуру резонатора контрольного луча обеспечивает большее или меньшее количество экситон-поляритонов. Если этих составных квазичастиц больше, транзистор переводится в состояние 1, если меньше — в 0.

Чуть подробнее о процессе можно прочесть в официальном пресс-релизе. Статья о работе опубликована в журнале Nature. В отдалённой перспективе работа может привести к появлению оптических процессоров с транзисторами со скоростью переключения от 100 до 1000 раз большей, чем сегодня. При этом уровень тепловыделения будет сведён к незначительным величинам, что вовсе не потребует систем охлаждения при работе в условиях комнатных температур.

Учёные придумали транзистор нового типа, который поможет справиться с «концом техпроцессов»

Учёные из США предложили технологию создания транзисторов с потенциально лучшими характеристиками, чем у актуальных решений. Это может обеспечить рост производительности процессоров даже в эпоху «конца техпроцессов». Идею такого транзистора подсмотрели у квантово-каскадных лазеров и уже подали заявку на патент.

 Источник изображения: Tillmann Kubis

Источник изображения: Tillmann Kubis

В 1971 году в журнале «Физика и техника полупроводников» советские физики Казаринов и Сурис в статье «Возможности усиления электромагнитных волн в полупроводниках со сверхрешеткой» высказали идею, что при проходе потока электронов сквозь гетерогенную структуру происходит усиление электромагнитных волн, что позволит генерировать лазерное излучение с небольшими затратами энергии. В таком «слоёном печенье» происходит усиление сигнала без проявления туннельных эффектов, что проще поддаётся управлению.

Группа учёных из Университета Пёрдью в штате Индиана предположила, что усилительный принцип переноса электронов через сверхрешётку также будет работать применительно к транзисторам, если сверхрешётку — «зебру» из чередующихся полупроводниковых материалов — поместить на пути движения потока электронов от одного затвора к другому. Так родилась концепция каскадного полевого транзистора CasFET.

Теоретически, транзистор CasFET будет работать с предельно малыми токами переключений состояния, что значительно повысит энергоэффективность прибора. Правда, учёные пока не сделали ни одного такого транзистора, чтобы изучить его характеристики на практике. Зато заявка на патент уже подана, а заинтересованные производители могут обращаться за консультациями.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Создатель Gran Turismo обнадёжил фанатов, ждущих серию на ПК 2 ч.
Илон Маск пообещал, что аудитория Twitter 2.0 к 2024 году достигнет 1 млрд пользователей в месяц 4 ч.
(ВИДЕО) В Сеть утек геймплейный ролик Need for Speed Unbound  — заезд на Volkswagen Beetle под A$AP Rocky 19 ч.
После сокращения половины штата Twitter начал набор сотрудников 19 ч.
Новая статья: Goat Simulator 3 — козапокалипсис сегодня. Рецензия 27-11 00:22
Новая статья: Gamesblender № 598: «горящие» GeForce RTX 4090, игровой движок от VK и первый геймплей Warhammer 40,000: Rogue Trader 26-11 23:44
Фоторедактор Lensa вдруг стал самым популярным приложением для iOS в России 26-11 23:22
Энтузиаст установил macOS на Nintendo Wii и попытался запустить Doom — получилось не очень 26-11 17:13
Скайрим, деньги, два зелья: мать реддитора начала геймерский путь с TES V: Skyrim и основала там доходный бизнес 26-11 13:58
Режиссёру God of War Ragnarok пришлось сражаться за одноглазую белку 26-11 13:33
Samsung начнёт выпускать 4G- и 5G-оборудование в Индии 55 мин.
Суд отклонил иск китайского ресселера Power Systems к IBM 2 ч.
Renault начала принимать заказы на две модели электрических грузовиков — тягач и самосвал 2 ч.
Foxconn доплатит по $1800 тем рабочим в Чжэнчжоу, кто останется на предприятии по выпуску iPhone 14 Pro 5 ч.
Электрический грузовик Tesla Semi полной массой более 36 тонн преодолел 805 км без подзарядки 7 ч.
Новая статья: Обзор игрового ноутбука MSI Katana GF66 12UE-868XRU: игровой средний класс 12 ч.
Утечка — стали известны цены на отборные Core i9-13900KS с частотой 6 ГГц 22 ч.
Экономически Нидерландам было бы выгоднее потерять рынок литографического оборудования США, а не Китая 27-11 07:35
SpaceX запустила корабль Dragon к МКС — он доставит 3,5 тонны грузов, включая семена томатов 27-11 01:33
Ядерный проект «Прорыв» получит серверы на предсерийных чипах «Эльбрус-16С» 26-11 15:00