Η Κίνα κατασκεύασε το πιο γρήγορο και αποδοτικό τρανζίστορ στον κόσμο

Τα τρανζίστορ αποτελούν τον ακρογωνιαίο λίθο των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Τα πρώτα όπως τα ξέρουμε σήμερα εφευρέθηκαν το 1947 από τους John Bardeen, William Shockley και Walter Brattain, τρεις Φυσικούς των Bell Laboratories. Ένας απλός τρόπος για να ορίσουμε ένα τρανζίστορ μας καλεί να το περιγράψουμε ως μια ηλεκτρονική συσκευή ημιαγωγού που είναι ικανή να ανταποκρίνεται σε ένα σήμα εισόδου δίνοντάς μας μια συγκεκριμένη έξοδο. Ένας ηλεκτρονικός ενισχυτής, για παράδειγμα, θα αυξήσει στην έξοδό του την ισχύ, την τάση ή το ρεύμα του σήματος που τοποθετούμε στην είσοδό του, καταφεύγοντας, φυσικά, σε μια εξωτερική πηγή ενέργειας.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι τρανζίστορ (διπολικά, σημειακής επαφής, επίδρασης πεδίου, μονής ένωσης, ενός ηλεκτρονίου, φωτοτρανζίστορ, οργανικά ηλεκτροχημικά κ.λπ.), αλλά, ευτυχώς, δεν χρειάζεται να εμβαθύνουμε πολύ περισσότερο σε αυτά για να μπορέσουμε να βγάλουμε μια άκρη. Χρειάζεται απλώς να γνωρίζουμε δύο ακόμη στοιχεία σχετικά με αυτές τις διατάξεις. Αφενός, είναι ενεργά στοιχεία μέσα σε ολοκληρωμένα κυκλώματα. Και, επιπλέον, ότι εκείνες που μας επέτρεψαν να φτάσουμε στο επίπεδο ολοκλήρωσης που χρησιμοποιούν οι σημερινές λιθογραφικές τεχνικές είναι εκείνες του φαινομένου πεδίου (FET).

Ο Φυσικός Pablo Jarillo-Herrero και οι συνάδελφοί του από το MIT, μίλησαν για τις δυνατότητες του νιτριδίου του βορίου σε επιστημονικό άρθρο που δημοσίευσαν στο Science το 2021. Εκείνη την εποχή η πρότασή του ήταν μόνο θεωρητική, αλλά τρία χρόνια αργότερα έκαναν τις ιδέες του πράξη. Και ναι, έχουν τεράστιες δυνατότητες. Αυτό που έκαναν, εν ολίγοις, είναι να κατασκευάσουν έναν νέο τύπο τρανζίστορ χρησιμοποιώντας ένα εξαιρετικά λεπτό σιδηροηλεκτρικό υλικό που αποτελείται από νιτρίδιο του βορίου (πρόκειται για μια εξαιρετικά σκληρή ένωση που σχηματίζεται στην ίδια αναλογία από βόριο και άζωτο).

Ωστόσο, η αφετηρία των ερευνητών του Πανεπιστημίου του Πεκίνου είναι διαφορετική. Στο επιστημονικό κείμενο που δημοσίευσαν στο Nature Materials ισχυρίζονται ότι σχεδίασαν ένα τρανζίστορ επίδρασης πεδίου GAAFET (Gate-All-Around Field-Effect Transistor) που είναι 40% ταχύτερο και 10% πιο ενεργειακά αποδοτικό από τα πιο προηγμένα τρανζίστορ FinFET που χρησιμοποιούν σήμερα η Intel και η TSMC.

Η τεχνολογία GAAFET είναι ήδη το παρόν των ημιαγωγών, γι’ αυτό η TSMC, η Intel και η Samsung εργάζονται πάνω σε αυτήν εδώ και αρκετά χρόνια. Ωστόσο, αυτά τα κινεζικά τρανζίστορ έχουν ένα χαρακτηριστικό που τα διαχωρίζει ξεκάθαρα από τις διατάξεις που χρησιμοποιούν οι τρεις προαναφερθείσες εταιρείες: χρησιμοποιούν βισμούθιο αντί για πυρίτιο. Η χρήση αυτού του χημικού στοιχείου επιτρέπει σε αυτά τα τρανζίστορ να λύσουν τους περιορισμούς που επιβάλλει το πυρίτιο, υλοποιώντας ολοκληρωμένα κυκλώματα που εκτείνονται πέραν των 3 nm.

Ο Peng Hailin, καθηγητής Φυσικοχημείας στο Πανεπιστήμιο του Πεκίνου και επικεφαλής αυτής της έρευνας, διατυπώνει με κατηγορηματικό τρόπο γιατί αυτά τα τρανζίστορ είναι σημαντικά:

Είναι το ταχύτερο και πιο αποδοτικό τρανζίστορ που έχει δημιουργηθεί ποτέ. Αν οι καινοτομίες στα τσιπ που βασίζονται στα υπάρχοντα υλικά θεωρούνται βραχυπρόθεσμες, τότε τα τρανζίστορ μας που βασίζονται σε δισδιάστατα υλικά είναι σαν “λωρίδα αλλαγής”. Η έρευνά μας δείχνει ότι τα 2D GAAFET παρουσιάζουν επιδόσεις και ενεργειακή απόδοση συγκρίσιμες με τα εμπορικά τρανζίστορ πυριτίου, καθιστώντας τα πολλά υποσχόμενους υποψήφιους για την επόμενη γενιά ημιαγωγών.

[via]