A araştırmacı ekibi Çin’in Pekin kentindeki Tsinghua Üniversitesi ile dünyanın en küçük transistörünü üretti. Yayınlanan araştırma makalesi, Doğa, yeni transistör tasarımının, transistörün kapısı olarak atom inceliğinde bir grafen tabakasından nasıl yararlandığını ve 0.34 nm’lik rekor kıran bir kapı uzunluğunu nasıl sağladığını açıklıyor. Ekip araştırmasını bekliyor – ve sonuçta yan duvar transistörleri, sonucu adlandırdıkları gibi – Moore Yasası’nın ölümünü çevreleyen büyük ölçüde abartılı haberlerden bir çıkış yolu sağlamak.
Transistörler, çalışabilmesi için üç yapı bloğu gerektiren yarı iletken tasarımının temel birimleridir: bir kaynak (elektrik akımının transistöre girdiği yer); bir tahliye (aynı elektrik akımının transistörü terk ettiği nokta); ve elektrik akımının o belirli yolculuğu yapıp yapmadığını kontrol eden bir kapı. Bununla birlikte, bir transistör kendi başına o kadar basittir ki, aslında herhangi bir yararlı iş yapamaz. Bu amaçla, transistörler entegre devrelerde bir araya toplanır; belirli bir sayıda ve transistör düzeni (milyar ölçeğinde) daha sonra bir CPU çekirdeği ile sonuçlanırken, bir diğeri bir SRAM önbellek bankası veya bir GPU ile sonuçlanır.
Bunu, performansı ve mevcut iş yükü karmaşıklığını artırmanın bir yolunun, aynı alana daha fazla transistör yerleştirmekten geçtiğini takip eder. Bir diğeri, her transistörün işlevselliğini artırmak olacaktır. Tüm yarı iletken üretim geliştirmeleri nihayetinde aynı noktaya ulaşıyor: inç kare başına ne kadar karmaşık olursa olsun, daha fazla sayıda transistör. Ve her yıl milyonlarca dolar değerindeki araştırmanın yapıldığı yer burasıdır: Transistörlerin boyutunu küçültmenin yollarını aramak, böylece daha fazlasının aynı alanda paketlenebilmesi. Bu kendi içinde oldukça basittir; bununla birlikte, daha küçük transistörlerin ek faydaları da vardır – elektrik akımı, transistörün kaynağından boşalmasına doğru daha küçük bir yolculuğa dayanmak zorunda olduğundan, daha kısa süreler boyunca transistörün özelliklerinde kalır – aynı anda güç verimliliğini, sıcaklıkları ve çalışma frekansını artırırken azaltırken sızıntılar.
Ancak araştırmacılar bu kadar küçük bir kapı uzunluğuna nasıl ulaştı? 2 boyutlu bir düzlemde yerleştirilmiş grafen atomlarından oluşan grafen tabakalarının yalnızca grafen atomu kadar kalın olması gerçeğinden yararlanarak. 0.34 nm kapı uzunluğu bu şekilde elde edildi: grafen tabakasının yüksekliğine karşılık geliyor.
Klasik transistör tasarımı da bu radikal yeni kapıyı (araştırmacıların çalışan prototipler oluşturduğu) barındırmak için değiştirildi. Farklı yüksekliklerde iki bitişik bina düşünün. Transistör tasarımında, bu binalar silikon ve silikon dioksit (yalıtkanlar, yani elektrik akımı taşımadıkları anlamına gelen) katmanlarından yapılmıştır. Bir atom kalınlığındaki grafen tabakası, en yüksek binanın üstüne uygulanır. Ancak grafen elektriği ilettiği için (bu yüzden ilk etapta onu kullanıyoruz), her iki taraftan da yalıtılması gerekiyor; bu nedenle, araştırmacılar başka bir yalıtım malzemesi tabakası uyguladılar: alüminyum oksit.
Bu, grafen tabakasının (bizim binamız) en kenarlarını, kapının tek atomlu kalınlığını veren tek yalıtımsız elemanlar olarak bırakır. Ve silikon “binalar” farklı yüksekliklerde olduğundan, artık hem üzerine hem de yanına bir yarı iletken molibden disülfür tabakası uygulayabiliriz. yan duvar (dolayısıyla adı) en yüksek binanın. Elektrik akımının transistörden akacağı bu katmandır. Ancak atom kalınlığındaki grafen tabakasının, akım akışına izin veren (veya kesintiye uğratan) bir geçit görevi görmesine izin veren molibden disülfür elektrik otoyoluyla temas ettiğini unutmayın.
Son olarak, elektrik akımının molibden disülfür otoyoluna girmesi için en yüksek (silikon) binaya bir kaynak yerleştirilir; ve elektrik akımının transistörü terk ettiği bir tahliye diğerinin üzerine yerleştirilir. Yani kapı (grafen katmanı) hedefine ulaşmasına izin veriyorsa. Artık çalışan bir transistörümüz var.
En önemlisi, araştırmacılar, bu yeni transistörlerin halihazırda uygulanan teknoloji ile yapılmasının kolay olduğunu ve yapıdaki değişikliğin hala kompakt birimlerle sonuçlandığını söylüyorlar. Aslında, grafen ve molibden disülfür katmanlarının yerleştirilmesi (aşındırma ve diğer yarı iletken üretim teknikleri ile karşılaştırıldığında) nispeten düşük hassasiyetli bir görev olduğundan, en azından şu anda araştırılan diğer bazı transistör tasarımlarından daha az karmaşık üretilmeleri gerekir.
Her umut vaat eden araştırmaların çalışan bir ürüne dönüşmediğini ve yapanların (bu yeni transistör tasarımı dahil) bize ulaşmasının yıllar alacağını daima aklımızda tutmalıyız. Öyle olsa bile, hiçbir seçeneğin olmamasındansa, önünüzde net bir yol olması – veya en azından seçeneklerle dolu olması – önemlidir. Bu, dünya çapındaki yarı iletken pazarının gelişme hızı göz önüne alındığında özellikle doğrudur. Bu, genel bilgi işlem, AI, Büyük Veri, Web3, blok zinciri ve diğer tüm teknolojik ürünlerden kaynaklanan hesaplama gereksinimlerindeki artışla birleştiğinde, aşırı verimlilik kazanımları talep edecektir. Bir atom kadar küçük bir transistör özelliğine sahip olmak kesinlikle amaca uygun geliyor.
