felbert

Дождались! Начиная с 2006 года, когда был впервые получен графен, многие ждали этого дня и, буквально, вчера мечта о новой компьютерной революции стала реальностью. После выхода большой обзорной статьи в самом авторитетном научном журнале мира Science стало очевидно, что дни кремния в компьютерной индустрии сочтены. Специалистам удалось наконец-то создать чип на основе графена, который гораздо меньше и эффективнее
за счет туннельных транзисторов.

Чтобы понимать в чём суть революционного события, давайте разберёмся с основами. Что такое транзистор? Упрощенно говоря, это один из компонентов электроники, которые позволяет управлять током в электрической цепи. Для удобства восприятия его иногда сравнивают с водопроводным краном, с помощью которого можно управлять мощнейшим потоком воды, используя весьма небольшие усилия. Стандартные транзисторы работают следующим образом: если подавать на их затвор из диоксида кремния сравнительно небольшое напряжение, то можно регулировать его сопротивление, включая и выключая электрическую цепь. Один кремниевый кристалл площадью 1 квадратный сантиметр вмещает несколько миллиардов таких транзисторов.

После открытия графена Константином Новоселовым и Андреем Геймом стало понятно, что уникальные качества этого высокотехнологичного соединения могут привести к революции в IT. Оставалась малая загвоздка, как использовать графен в производстве процессоров и блоках памяти, когда есть одна существенная преграда - отсутствие необходимых полупроводниковых свойств в отличие от кремния. Но обо всём по порядку...

В туннельном транзисторе, конструирование которого впервые было предложено еще в 1986 году отечественными учеными, роль «защелки», запирающей затвор в цепи, может играть один-единственный электрон, проникающий через барьер диэлектрика за счет туннельного эффекта (явления квантовой природы). Транзистор, работающий по такому принципу, будет требовать в разы меньшего напряжения для переключений, а значит, микросхемы станут потреблять меньше энергии. Кроме того, уложить транзисторы в схему можно будет плотнее. Отсюда гораздо большая энергоэффективность и производительность основанной на этом принципе электроники.

Графен, открытый нобелевскими лауреатами Геймом и Новоселовым, как никакой другой материал подходит для создания таких микросхем именно из-за одного из главных своих свойств: высочайшей подвижности электронов внутри решетки. Однако графен не обладает необходимыми полупроводниковыми свойствами, чтобы «включаться» и «выключаться» по необходимости. Группа ученых из Манчестерского университета решила эту проблему, собрав «сэндвич» из двух слоев графена и слоя солей бора или молибдена толщиной в одну молекулу в качестве прослойки. Такой «затвор» дает разницу в силе пропускаемого тока в 50 раз в случае с нитридом бора и в 10 000 раз в случае с дисульфидом молибдена. Это вполне рабочий диапазон для микросхемы.

Итак, графеновый транзистор создан. Что особенно важно, его работа почти не зависит от температуры – одного из главных бичей всех радиоэлектронных устройств. До сих пор фундаментальной проблемой некремниевой электроники было то, что она работала только при очень низких температурах. А устройства на основе графена смогут работать и при комнатной температуре, и с перегревом. В общем, обладают теми же эксплуатационными свойствами, что кремний, при гораздо большей эффективности.

По мнению самих авторов статьи, среди которых ученые из нескольких стран, и в том числе много русских фамилий (Сергей Морозов из Института микроэлектронных технологий в Черноголовке, Роман Горбачев и Леонид Пономаренко из Манчестера, а также сами Гейм и Новоселов), потенциал у созданного транзистора огромный.

До последнего времени создание туннельных транзисторов, стабильно работающих в бытовых, а не лабораторных, условиях (в первую очередь, это касалось температуры) считалось невозможным. Теперь энергоэффективность процессоров может увеличиться, а размеры плат уменьшиться в несколько раз. Таким образом, электроника пройдет очередную ступень развития по Закону Мура, а возможно, что и шагнет через одну.