Seuraavan sukupolven 3D-transistorit24.03.2025
Heidän lähestymistapansa tasoittaa tietä energiatehokkaalle, korkean suorituskyvyn elektroniikalle, jolla on ennennäkemätön miniatyrisoinnin potentiaali. "Tämä läpimurto on merkittävä askel kohti seuraavan sukupolven transistoritekniikoita, jotka voivat ylläpitää tietojenkäsittely- ja tekoälysovellusten nopeaa kehitystä", sanoi Kaustav Banerjee, sähkö- ja tietokonetekniikan professori. "Integroimalla atomiohuita 2D-puolijohteita 3D-arkkitehtuuriin olemme avanneet uusia mahdollisuuksia suorituskyvyn parantamiseen, transistorien skaalautumiseen ja energiatehokkuuteen." Kirjoittajien mukaan, transistorin miniatyrisoinnissa 10 nm:n kanavapituuden ylittävien transistorien pienentäminen samalla kun virrankulutus pidetään alhaisena ja suorituskyky hyvänä on yhä haastavampaa, jopa huipputekniikan Fin-FET:eille. Tältä osin UCSB-ryhmän tutkimus esittää 3D-gate-all-around (GAA) -rakenteisten transistoreiden parannettua sähköstatiikkaa. Kun ne toteutetaan 2D-puolijohteilla, voitaisiin käyttää lopulta skaalattujen, muutaman nanometrin kanavapituisten transistorien toteuttamiseen, mikä parantaa merkittävästi suorituskykyä ja energiatehokkuutta. He ovat lyhentäneet nämä 3D GAA -transistorit NXFETeiksi, joissa N = nano ja X = arkki, haarukka tai levy, jotka edustavat kanavan pinoamisen topologiaa. Heidän tutkimuksessaan selvitetään, kuinka tällaisia transistoreita voidaan ainutlaatuisesti suunnitella 2D-puolijohteilla. Erityisesti tutkimuksessa esitellyn nanoarkki-FET-arkkitehtuurin on osoitettu maksimoivan atomisesti ohuiden 2D-materiaalien, kuten volframidisulfidin (WS₂), ainutlaatuisista ominaisuuksista saatavat hyödyt. Tämä uusi arkkitehtuuri hyödyntää 2D-kerrosten lateraalista pinoamista, mikä lisää integraatiotiheyttä kymmenkertaiseksi iso-suorituskykymittareiden avulla. "Hyödyntämällä 2D-materiaalien erinomaisia fysikaalisia ja kvanttimekaanisia ominaisuuksia voimme voittaa monet rajoitukset, jotka liittyvät perinteisiin piillä suunniteltuihin 3D-transistoreihin", Banerjee selitti. "Simulaatiomme osoittavat, että nanolevytransistoreilla saavutetaan merkittäviä parannuksia energiatehokkuudessa ja suorituskyvyssä, kun kanavan pituudet skaalataan alle 5 nm:n mittoihin." Tutkimustulokset osoittavat, että 2D-puolijohdepohjaiset 3D-FETit ylittävät piivastineet kriittisissä mittareissa, kuten käyttövirran ja energian viivetuotteen (kytkemiseen tarvittavan energian määrä). 2D-materiaalien ohuus minimoi laitteen kapasitanssin kun taas niiden pystysuora pinoaminen tukee parempaa skaalausta valmistuksen aikana. "Työmme ei ainoastaan osoita 2D-materiaalien potentiaalia, vaan tarjoaa myös yksityiskohtaisen suunnitelman niiden integroimiseksi 3D-transistorisuunnitelmiin", sanoi Wei Cao, tutkimuksen toinen kirjoittaja. "Tämä on kriittinen askel eteenpäin puolijohdeteollisuudelle, koska se pyrkii laajentamaan Mooren lakia." Aiheesta aiemmin: Nanomittakaavan transistoreita Kaksiulotteinen tehostaa transistoria |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.