Cel mai mic tranzistor are o poartă de doar 1 nm şi este realizat din bisulfură de molibden și un nanotub de carbon

Oamenii de știință au reușit să creeze un tranzistor cu o poartă de doar 1 nm. Pentru comparaţie, un fir de păr uman are o grosime cuprinsă între 80.000 nm şi 100.000 nm.

Tranzistorul de 1 nm. Sujay Desai/UC Berkeley

Spre deosebire de tranzistoarele obişnuite, tranzistorul prototip dezvoltat de cercetătorii din cadrul University of California nu este realizat din siliciu. Reuşita cercetătorilor indică faptul că performanța circuitelor integrate se poate îmbunătăți în continuare prin înglobarea unui număr mai mare de tranzistoare incredibil de mici şi astfel s-ar putea ca Legea lui Moore să fie în continuare valabilă.

Legea lui Moore, care poartă numele cofondatorului firmei Intel, Gordon Moore,  prezice că numărul  tranzistoarelor dintr-un circuit integrat se va dubla cu aproximaţie la fiecare doi ani, ceea ce permite realizarea unor procesoare de calculator tot mai complexe și mai performante.

Deoarece tranzistoarele utilizate în prezent sunt deja foarte mici, s-a crezut că miniaturizarea acestora nu mai poate continua. Cu toate acestea, cercetătorii de la University of California, Berkeley au reuşit să realizeze un tranzistor mai mic de 5 nm, aceasta fiind considerată dimensiunea minimă a unui tranzistor.

„Am reuşit să construim cel mai mic tranzistor de până în prezent şi am demonstrat că se poate construi un  tranzistor de 1 nm, ceea ce înseamnă că prin alegerea unor materialelor potrivite se vor putea miniaturiza în continuare aceste componente electronice”, a declarat cercetătorul Ali Javey din cadrul  Materials Science Division al Berkeley Labs.

Cercetătorii conduşi de Ali Javey au reuşit această performantă prin utilizarea unor nanotuburi de carbon şi a unui material denumit bisulfură de molibden (MoS2), care este uneori folosit ca lubrifiant pentru motoare.

Siliciul este materialul ideal pentru realizarea tranzistoarelor obişnuite, deoarece electronii se deplasează cu uşurinţă prin acesta. Prin MoS2 electronii se deplasează mai greu, dar acest efect este de fapt benefic atunci când tranzistoarele devin extrem de mici, deoarece astfel se poate controla mai uşor deplasarea electronilor.

Unul dintre motivele pentru care s-a crezut că nu se vor putea construi tranzistoare mai mici de 5 nm este acela că în cazul tranzistoarelor pe bază de siliciu sub această limită dimensională apare un fenomen din mecanică cuantică cunoscut sub numele de efect tunel care afectează funcţionarea tranzistoarelor, deoarece electronii pot trece de la un tranzistor la altul.

Cu toate acestea, utilizând MoS2 în loc de siliciu și frânând în mod eficient electronii, cercetătorii au demonstrat că tranzistoarele pot funcţiona şi dacă acestea sunt miniaturizate sub limita de 5 nm.

Tranzistorul prototip  dezvoltat de cercetători a fost construit pe bază de MoS2 şi utilizând un nanotub de carbon de doar 1 nm. S-a dovedit că acesta poate controla în mod eficient fluxul de electroni.

Descoperirea cercetătorilor este deosebit de importantă pentru creşterea în continuare a puterii de procesare a calculatoarelor şi în acelaşi timp surprinzătoare, deoarece nimeni nu știa că acest lucru poate fi posibil.

„Specialiştii din industria dispozitivelor semiconductoare au presupus că orice tranzistor mai mic de 5 nm nu poate funcționa, astfel încât posibilitatea de a realiza un tranzistor de 1 nm nici măcar nu a fost luată în considerare”.

„Această cercetare a arătat că prin trecerea de la siliciu la MoS2 se poate realiza un tranzistor având o poartă care are o lungime de doar 1 nm şi care acţionează ca un comutator”, a declarat cercetătorul Sujay Desai.

Secțiunea transversală a tranzistorului de 1 nm. Credit: Qingxiao Wang/UT Dallas

În ciuda succesului obţinut, cercetătorii recunosc că mai există un drum lung de parcurs înainte ca tranzistoarele de 1 nm să intre în componenţa calculatoarelor și a dispozitivelor mobile.

„Rezultatele cercetării noastre reprezintă dovada unui concept. Noi nu am integrat încă aceste tranzistoare pe un cip şi nici nu am creat miliarde de astfel de dispozitive semiconductoare”, a declarat Ali Javey.

Cu toate acestea, constatările cercetătorilor sugerează că tehnologia circuitelor integrate va continua să avanseze în viitorul apropiat și că aceasta va ține pasul cu ceea ce Gordon Moore a prezis acum câteva decenii .

„Studiul nostru este important pentru că am arătat că tranzistoarele de 5 nm nu reprezintă o limită tehnologică…Legea lui Moore poate fi în continuare valabilă printr-o inginerie corespunzătoare a materialului semiconductor și a arhitecturii dispozitivului”, a declarat Ali Javey.

Rezultatele cercetătorilor au fost anunţate în Science.

Sursă: Science Alert