211service.com
Ny chip peger vejen ud over silicium
De første sofistikerede elektroniske kredsløb lavet af germanium, et lovende alternativ til silicium, viser en vej for computerindustrien til at blive ved med at rykke ud over de fysiske begrænsninger, der nu er nået. Forskere fra Purdue University demonstrerede kredsløbene i denne uge på Internationalt møde for elektronenheder i San Francisco.
At skifte fra silicium til germanium ville være et ironisk twist. Den første transistor, skabt på Bell Labs i 1947, var lavet af en plade af germanium, et grundstof et sted under silicium i det periodiske system. Germanium blev prøvet, fordi ladning flyder gennem det meget hurtigt, en nøgleegenskab for en transistor. Men da ingeniører fandt ud af, hvordan man laver integrerede kredsløb og fremstiller dem i stor skala, blev germanium afsat til silicium, fordi det er lettere at arbejde med.
Nu, hvor producenterne ser problemer med den fortsatte miniaturisering af silicium, oplever germanium en genoplivning. Germanium-kredsløbene demonstreret af Purdue University-ingeniøren Peide Ye og kolleger foreslår, at materialet kan være klar til kommercialisering om nogle år.
De mindste transistorer i produktion i dag er kun 14 nanometer i diameter, og de er pakket utrolig tæt sammen. Halvlederindustrien oplever, at skalering af enhver mindre introducerer en række problemer. Ved et panel afholdt under IEDM-konferencen, Mark Bohr , en senior fellow hos Intel, vurderede, at siliciumskalering ville ende om omkring et årti. Mit generelle svar er vild entusiasme for enhver ny idé, sagde han.
Med fremragende elektriske egenskaber har germanium altid lovet at lave hurtigere kredsløb end silicium. Men ingeniører var ikke i stand til at bruge det til at lave kompakte, strømeffektive kredsløb baseret på industriens etablerede fremstillingsteknik, kendt som komplementær metaloxid-halvleder eller CMOS-teknologi.
CMOS-kredsløb bruger transistorer, der leder negative ladninger, kaldet nFETS, og transistorer, der leder positive ladninger, kaldet pFET'er.
Germanium pFET'er er en slam dunk, Krishna Saraswat , en elektroingeniør ved Stanford University, som ikke er involveret i Yes projekt, men nFET'er har været flaskehalsen. Ye kom med et nyt design til germanium nFET'er, der forbedrer deres ydeevne dramatisk.
Saraswat er delvist ansvarlig for at genoplive interessen for germanium, da han i 2002 udgav det første papir, der beskrev højtydende germaniumtransistorer, som var to til tre gange bedre end siliciumækvivalenter. Den grundlæggende videnskab er lavet, og nu ser vi arbejdet med den grundlæggende teknik, siger Saraswat.
Andre alternative materialer, såsom carbon nanorør eller sammensatte halvledere, som er lavet af flere elementer, viser også lovende for at erstatte silicium, men de vil være sværere for chipindustrien at lære at bruge. I modsætning hertil bruger chipproducenter allerede germanium i silicium-pFET'er. Når som helst du kan håndtere en elementær halvleder som silicium eller germanium, er det nemmere, siger Xiuling Li , en ingeniør ved University of Illinois i Urbana-Champaign.