Nytt chip visar vägen bortom kisel

De första sofistikerade elektroniska kretsarna gjorda av germanium, ett lovande alternativ till kisel, visar en väg för datorindustrin att fortsätta avancera bortom de fysiska begränsningar som nu nås. Forskare från Purdue University visade kretsarna denna vecka på Internationellt möte för elektronenheter i San Francisco.

Att byta från kisel till germanium skulle vara en ironisk twist. Den första transistorn, skapad på Bell Labs 1947, var gjord av en platta av germanium, ett grundämne en plats under kisel i det periodiska systemet. Germanium prövades eftersom laddning strömmar genom det mycket snabbt, en nyckelegenskap för en transistor. Men när ingenjörer utarbetade hur man gör integrerade kretsar och tillverkar dem i stor skala, sattes germanium åt sidan för kisel eftersom det är lättare att arbeta med.

Nu, när tillverkarna ser problem med den fortsatta miniatyriseringen av kisel, upplever germanium en återupplivning. Germanium-kretsarna demonstrerade av Purdue Universitys ingenjör Peide Ye och kollegor föreslår att materialet kan vara klart för kommersialisering om några år.

De minsta transistorerna i produktion idag är bara 14 nanometer i diameter, och de är packade otroligt tätt ihop. Halvledarindustrin upptäcker att en mindre skalning introducerar en rad problem. Vid en panel som hölls under IEDM-konferensen, Mark Bohr , en senior fellow på Intel, uppskattade att kiselskalning skulle upphöra om ungefär ett decennium. Mitt allmänna svar är vild entusiasm för alla nya idéer, sa han.

Med fantastiska elektriska egenskaper har germanium alltid lovat att göra snabbare kretsar än kisel. Men ingenjörer kunde inte använda den för att göra kompakta, strömsnåla kretsar baserade på branschens etablerade tillverkningsteknik, känd som komplementär metalloxid-halvledare eller CMOS-teknik.

CMOS-kretsar använder transistorer som leder negativa laddningar, kallade nFETS, och transistorer som leder positiva laddningar, kallade pFETs.

Germanium pFET är en slam dunk, Krishna Saraswat , en elektroingenjör vid Stanford University som inte är involverad i Yes projekt, men nFET har varit flaskhalsen. Ye kom med en ny design för germanium nFETs som förbättrar deras prestanda dramatiskt.

Saraswat är delvis ansvarig för att återuppliva intresset för germanium, när han 2002 publicerade den första artikeln som beskrev högpresterande germaniumtransistorer, som var två till tre gånger bättre än kiselekvivalenter. Den grundläggande vetenskapen har gjorts, och nu ser vi arbete med den grundläggande tekniken, säger Saraswat.

Andra alternativa material, som kolnanorör eller sammansatta halvledare, som är gjorda av flera element, visar också lovande för att ersätta kisel, men de kommer att bli svårare för chipindustrin att lära sig att använda. Däremot använder chiptillverkare redan germanium i kisel-pFET. När som helst du kan hantera en elementär halvledare som kisel eller germanium är det lättare, säger Xiuling Li , ingenjör vid University of Illinois i Urbana-Champaign.

Dölj