Некоторые перспективные направления развития транзисторной микроэлектроники

Производство транзисторов для СБИС в традиционном виде, то есть со стоком, истоком и затвором, предположительно возможно лишь до 2020-2025 гг.

К тому времени размеры всех элементов кремниевого транзистора достигнут атомарных размеров и уменьшать их дальше будет просто невозможно.

2020 год - это фактически рубеж, когда закон Мура перестанет действовать, а кремний потеряет свою актуальность как основной материал микроэлектроники (для СБИС).

Зако́н Му́ра — эмпирическое наблюдение, сделанное в 1965 году Гордоном Муром, Intel (через шесть лет после изобретения интегральной схемы) - число транзисторов на кристалле будет удваиваться каждые 24 месяца.

При анализе графика роста производительности запоминающих микросхем им была обнаружена закономерность (правило, закон): появление новых моделей микросхем наблюдалось примерно через одинаковые периоды времени (18-24 мес.).

При этом количество транзисторов в них возрастало каждый раз приблизительно вдвое.

При сохранении этой тенденции, мощность вычислительных устройств за относительно короткий промежуток времени будет возрастать экспоненциально (рис.12.1).

В 2007 году Г. Мур заявил, что закон, очевидно, скоро перестанет действовать из-за атомарной природы вещества и ограничения скорости света.

Рис. 12.1 Иллюстрация закона Мура. Зависимость числа транзисторов на кристалле микропроцессора от времени.

http://www.overclockers.ua/news/hardware/2012-05-02/109195/

На рис. 14.1 вертикальная ось имеет логарифмическую шкалу, то есть кривая соответствует экспоненциальному закону - количество транзисторов удваивается примерно каждые 2 года.

До недавнего времени постоянно уменьшались размеры элементов транзисторов пока толщина слоя оксида кремния (SiO2), используемого в транзисторе в качестве диэлектрика, не была доведена практически до минимума – 1,2 нм, т.е. всего 3-4 атомарных слоя.

От постоянного уменьшения геометрических размеров транзисторов (Intel) перешла также к изменению их прочих параметров, включая конструкцию и материал:

- был создан новый материал на основе гафния для подзатворного диэлектрика;

- разрабатывается модель с так называемым объемным, или трехмерным затвором, что позволит увеличить рабочий ток транзистора и одновременно снизить токи утечки;

- использование для изготовления транзисторов других материалов вместо кремния.

Например: антимонид индия (InSb) имеющий подвижность электронов в 50 раз выше, чем в кремнии, что сразу же дает колоссальный выигрыш по всем параметрам устройства.

- прорабатывается возможность использования нанотрубок и нанонитей, которые также исследуется в лабораториях Intel.

Уже сейчас и другие ведущие фирмы ищут принципиально новые материалы и технологии для создания транзисторов будущего.

В числе перспективных направлений исследований рассматриваются:

- молекулярный транзистор;

- спиновый транзистор;

- графеновый транзистор;

- квантовый транзистор на основе интерференции волн;

- транзистор на квантовых точках;

- транзисторы на основе нанотрубок;

- ферроэлектрический транзистор и пр.

Пока невозможно представить, как именно будут выглядеть транзисторы через 15-20 лет, но весьма вероятно: это будут устройства с молекулярными размерами, абсолютно не похожие на существующие ныне CMOS-транзисторы.

Создание новых транзисторов, на иных физических принципах в настоящее время находится на стадии создания макетных образцов и лабораторных исследований.

Дата добавления: 2014-01-07