211service.com
Intel ser bortom silikon
Intel har utvecklat en ny sorts transistor, gjord av ett annat material än kisel, som har potential att vara snabbare och använda mindre elektricitet än dagens chips. Och, avgörande, de nya transistorerna är ekonomiska och skulle kunna tillverkas med hjälp av befintliga tillverkningsanläggningar eftersom de kan byggas direkt ovanpå vanliga kiselskivor. Sådana chips gjorda med dessa icke-kiselkomponenter är fortfarande minst ett decennium bort, men branschexperter tror att de är ett av de mer lovande alternativen för att ersätta kisel under de kommande åren.
En bättre buffert: Intel har visat att icke-kiseltransistorer kan tillverkas på en kiselwafer genom att odla dem ovanpå ett tunt buffertlager. Tidigare buffertskikt var relativt tjocka och skulle därför spricka och skada transistorer.
När transistorer blir allt mindre fungerar inte kiseln som består av dem lika bra: elektricitet läcker genom lagren, vilket orsakar överskottsvärme och felaktig logik. Forskare vid Intel och andra chiptillverkande företag som AMD och IBM, samt vid universitet runt om i världen, kämpar för att hitta en ersättare för kisel. Vissa misstänker att kolnanorör eller annat kolmaterial som kallas grafen kan vara svaret. (Se kolnanorörsdatorer och nya grafentransistorer visar löften .) Men andra lägger pengar och forskning på sammansatta halvledare, en klass av halvledare som är gjord av en kombination av element från tredje och femte kolumnen i det periodiska systemet. (Se Beyond Silicon and Maintaining Moore's Law without Silicon.)
Sammansatta halvledare är attraktiva för ingenjörer eftersom elektroner rör sig genom dem lättare än de rör sig genom kisel. Det betyder att de sammansatta halvledarna kan arbeta lika snabbt som, eller snabbare, än en kiselbaserad transistor, men utan att behöva lika stor spänning. Och när enheter krymper är det avgörande att de kräver låga spänningar: annars överhettas de och läcker elektricitet – problem som börjar plåga kisel. Sammansatta halvledare är dock inte lätta att odla direkt på kisel. Materialen är ofta inkompatibla med kisel - atomerna är åtskilda så att de inte skiktar sig bra. När de läggs direkt ovanpå varandra blir resultatet en sprucken kristall och trasiga transistorer.
Intel har föreslagit en lösning på problemet med atomic-mismatch i en artikel som presenterades idag på Internationellt möte för elektronenheter , i Washington, DC. För att bygga sina nya transistorer skiktade forskarna de sammansatta halvledarna, kallade indiumgalliumarsenid och indiumaluminiumarsenid.
När dessa material staplas interagerar deras elektroniska egenskaper för att bilda kvantbrunnar - platser där laddade partiklar som elektroner kan begränsas - som fungerar som transistorer, säger Michael Mayberry , chef för komponentforskning och vice VD för Intels teknologi- och tillverkningsgrupp. För att undvika påfrestningar och sprickbildning lade forskarna till buffertlager av de två materialen. Tricket är att se till att buffertskikten innehåller koncentrationer av atomer som är något mer kompatibla med kisel. Men när fler lager läggs till matchar atomavståndet perfekt transistorlagren. Mayberry säger att bufferten är något mer än en mikrometer tjock, och den hindrar eventuella defekter från att påverka transistorerna.
För att vara säker har många forskare föreslagit att lägga till buffertlager mellan kisel och icke-kiselmaterial. Till exempel ringde ett företag Amberwave , i Salem, NH, grundat av Gene Fitzgerald, professor i materialvetenskap vid MIT, har ett tillvägagångssätt som använder germanium på en typ av kiselwafer med ett lager av kiseldioxid, ett isolerande material, inbyggt. (Se Adding Speed to Kisel.)
Dock anteckningar Jesus del Alamo , som också är professor i elektroteknik vid MIT, Intels tillvägagångssätt är unikt genom att forskarna har odlat buffertskikten av samma material som de använder för transistorerna. Dessutom, säger han, har Intel visat att endast ett tunt buffertlager krävs för att få bra kvalitet. Ett tjockt buffertlager, som kan vara upp till fem mikrometer tjockt, är kostsamt och är mer benäget att spricka, tillägger han.
Arbetet är imponerande, säger del Alamo. Kan man föra lagerstrukturen på kisel så känns och ser substraten ut som kisel, och alla verktyg som har utvecklats för kiseltillverkning kan återanvändas i denna nya teknik.
Ändå noterar Mayberry att det återstår en handfull problem som måste åtgärdas innan dessa transistorer kan dyka upp i hemelektronik. För det första är grinden, eller på/av-omkopplaren, för dessa nya transistorer relativt stor på 80 nanometer. Mayberry säger att ingenjörer kommer att behöva krympa ner detta så att chips får en relativt hög transistortensitet. Han tillägger att under tiden kan vissa av dessa material hitta sin väg in i chiptillverkningsprocessen, för att användas i specifika komponenter i mikroprocessorer.