Puslaidininkių pramonėje viena pagrindinių greičio ir efektyvumo gerinimų strategijų yra mažinti puslaidininkių komponentų matmenis, kad kuo daugiau tranzistorių tilptų į kompiuterinę mikroschemą. Tačiau jau beveik pasiekta riba, kai tranzistoriai sumažėjo tiek, kad ima reikštis kvantiniai efektai, ir jie nustoja veikti.
Mūro dėsnis, suformuluotas vieno mikroprocesorių pramonės pionierių Gordono Mūro (Gordon Moore) beveik prieš 50 metų, teigia, kad komponentų tankis mikroschemose dvigubėja maždaug kas 18 mėnesių. Iki šiol jis dar veikia, tačiau puslaidininkių tyrėjai neabejoja, kad tas laikas, kai jis nustos galioti, jau visai arti.
Albany politechnikos institute (JAV) dirbančių mokslininkų komanda pasiūlė, kad, derinant kelias funkcijas viename puslaidininkiame įrenginyje, galima padidinti jo funkcionalumą, taip suteikiant alternatyvą puslaidininkių mažinimui. Kitas teigiama efektas – mažesnė gamybos kaina.
Norėdami įrodyti tokią galimybę, mokslininkai pagamino puslaidininkinį komponentą, kurio veikimo būdą galima keisti – jis gali veikti kaip tris pagrindiniai puslaidininkiniai: p-n sandūros diodas (kuris veikia kaip kintamosios srovės lygintuvas į nuolatinę srovę), MOSFET (metalo, oksido ir puslaidininkio) lauko tranzistorius, veikiantis kaip jungiklis, ir bipolinis tranzistorius, galintis stiprinti srovę.
„Mes parodėme, kad tris svarbiausius puslaidininkinius komponentus – p-n diodą, lauko tranzistorių ir bipolinį tranzistorių galima pagaminti kaip vieną konfigūruojamą įrenginį“, – teigė tyrimo autoriai. „Nors kiekvienas šių komponentų gali būti pagamintas ir kaip individualus, tačiau jiems sujungti reikia ir kompleksinių integracijos schemų, kurios taip pat užima vietos. Sukūrus vieną įrenginį, kuris galėtų atlikti visų trijų įrenginių funkcijas, mes galėtume gerokai sutaupyti“.
Daugiafunkcis įrenginys buvo pagamintas iš volframo diselenido (WSe2), neseniai atrasto puslaidininkio.
Siekiant integruoti keletą funkcijų į vieną įrenginį, mokslininkai sukūrė naują legiravimo – pašalinių atomų įterpimo į kristalinę puslaidininkio gardelę, siekiant pakeisti jo elektrines savybes, metodiką. Taip mokslininkai galėjo volframo diselenidui suteikti tokias savybes, kaip ambipolinis laidumas, tai yra gebėjimas praleisti ir elektronus, ir skylutes, esant skirtingomis sąlygomis.
Buvo legiruojamos užtūros, ir jas tapo įmanoma dinamiškai valdyti, pakeičiant, kokie krūvio nešėjai (elektronai ar skylutės) gali pratekėti per puslaidininkius. Šis gebėjimas keistis leidžia perkonfigūruoti įrenginį ir atlikti kelias funkcijas.
Be to, tokie įrenginiai gali atlikti ir kai kurias logines funkcijas.
Ateityje mokslininkai planuoja toliau tirti šių daugiafunkcinių įrenginių pritaikymo galimybes.
Jų tikslas – pagaminti sudėtingas integrines grandines, naudojant mažiau puslaidininkių komponentų, lyginant su dabartinėmis technologijomis pagamintais lustais, tačiau pasiekti, kad jos būtų efektyvesnės.
Jei pavyktų, tai galėtų reikšti, kad Mūro dėsnis, taikomas silicio pagrindu gaminamiems puslaidininkiams, jau nebeaktualus pereinamųjų metalų- dikalkogenų klasės, koks yra volframo diselenidas, puslaidininkiams.
3-in-1 device offers alternative to Moore’s law
Daugiau:
Europos lazerinių ir puslaidininkinių tyrimų ekscelencijos centrą planuojama kurti Vilniuje
„Intel“ žengia žingsnius, leisiančius užsitikrinti vietą rinkoje pokompiuteriniame pasaulyje
Puslaidininkiai komponentai be įprastinių puslaidininkinių medžiagų – jau realybė
IBM paskelbė pagaminusi 7 nanometrų technologijos lustą
Jau 50 metų Lietuvoje lazeriai tarnauja puslaidininkių tyrimams
Vilniaus universiteto fizikai paaiškino didelį perovskitinių saulės elementų efektyvumą
Mažos skylutės silicio plokštelėje leido sukurti naujo tipo fotodetektorius
Nauja kristalinė medžiaga galėtų pakeisti silicį saulės elementuose