Kremík bol desaťročia základným stavebným prvkom moderných počítačov, smartfónov a ďalších elektronických zariadení. Tento materiál umožnil zmenšovanie tranzistorov a zvyšovanie výpočtového výkonu v súlade s Moorovým zákonom. Tím z Pennsylvania State University však nedávno predstavil plne funkčný výpočtový systém, ktorý sa bez kremíka úplne zaobíde. Namiesto toho využíva dvojicu dvojrozmerných polovodičov, ktoré majú hrúbku iba jedného atómu.

Výsledok výskumu bol zverejnený v prestížnom časopise Nature a predstavuje významný míľnik vo vývoji alternatívnych elektronických platforiem. Ide o prvý komplementárny metal-oxidový polovodičový (CMOS) počítač vytvorený výlučne z dvojrozmerných materiálov.

Materiály novej generácie

Na konštrukciu zariadenia výskumníci použili dva rôzne polovodičové materiály. Disulfid molybdénu (MoS₂) slúži ako materiál pre tranzistory typu n, zatiaľ čo diselenid wolfrámu (WSe₂) bol použitý pre tranzistory typu p. Táto kombinácia je kľúčová pre vytvorenie CMOS architektúry, v ktorej sa striedajú dva typy tranzistorov zabezpečujúcich nízku spotrebu energie a vysokú spoľahlivosť.

TU Wien

Hlavný riešiteľ projektu, profesor Saptarshi Das, uviedol, že dvojrozmerné materiály si na rozdiel od kremíka zachovávajú výborné elektrické vlastnosti aj pri extrémne malých rozmeroch. To ich predurčuje na použitie v elektronike budúcnosti, kde je miniaturizácia rozhodujúcim faktorom.

Výrobný proces a parametre zariadenia

Na prípravu aktívnych vrstiev výskumníci využili technológiu metalorganickej chemickej depozície z pár (MOCVD). Tá umožnila vytvoriť veľkoplošné vrstvy oboch materiálov, ktoré sa následne spracovali na funkčné tranzistory. Tím vyrobil viac ako tisíc tranzistorov každého typu a starostlivo doladil ich prahové napätia, čo je nevyhnutné pre stabilnú funkciu logických obvodov.

Finálny systém, patriaci do kategórie One Instruction Set Computer (OISC), pracuje pri frekvencii do 25 kHz. Napriek nízkej frekvencii oproti konvenčným kremíkovým zariadeniam dokáže vykonávať základné logické operácie pri extrémne nízkej spotrebe energie.

Doktorand Subir Ghosh, hlavný autor článku, doplnil, že tím vyvinul aj numerický model, ktorý zohľadňuje technologické variácie medzi jednotlivými zariadeniami. Tento model umožňuje predpovedať výkonnostné limity systému a jeho porovnanie s existujúcimi kremíkovými riešeniami.

Podľa Dasa ide o zásadný technologický pokrok. Vývoj kremíkových technológií trval viac než osemdesiat rokov. Dvojrozmerné materiály sa začali systematicky skúmať až po roku 2010. Napriek tomu už dnes umožňujú vytvoriť základnú verziu plne funkčného výpočtového systému.

Čítajte viac z kategórie: Novinky