Фото: angellodeco / Shutterstock
Полупроводниковая отрасль вплотную подошла к своим физическим пределам: уменьшение размеров транзисторов становится всё сложнее. Но графен, материал с уникальными свойствами, обещает продлить действие закона Мура и задать новый вектор развития.
Закон Мура — это не просто техническая тенденция, а фундамент, на котором десятилетиями строится прогресс в электронике. Удвоение плотности транзисторов каждые два года давало нам всё более мощные и доступные устройства. Однако физические ограничения начали диктовать свои правила: дальнейшее уменьшение размеров чипов стало угрожать выполнению этого закона.
Закон Мура больше не работает: что ждет полупроводниковую индустрию?
Ключевая проблема — это медные соединения между транзисторами. С уменьшением их сечения сопротивление проводников резко возрастает, что приводит к снижению плотности тока и увеличению энергопотребления. Но когда медь дошла до предела своих возможностей, на сцену вышел графен — ультратонкий слой углерода толщиной всего в один атом.
Графен давно вызывает восторг у учёных благодаря своим свойствам: он обладает невероятной прочностью, высокой электрической и тепловой проводимостью, и при этом остаётся тончайшим из известных материалов. Ранее IT-World сообщал о разработке российскими учеными нового магнитного материала на основе графена.
Тем не менее, реальное внедрение графена в массовое производство чипов до недавнего времени оставалось скорее мечтой, пока компания Destination 2D не разработала технологию, способную преодолеть ключевые барьеры в применении графена.
Содержание:
Как графен решает проблему
Одной из главных трудностей было нанесение графена на чипы. Классические методы, такие как химическое осаждение из газовой фазы, требуют температуры свыше 400°C, что разрушает транзисторы, изготовленные по CMOS-технологии. Инженеры нашли способ снизить температуру до 300°C, сделав процесс совместимым с массовым производством.
Процесс начинается с нанесения тонкой никелевой плёнки на поверхность чипа. Никель служит промежуточным слоем, на который под давлением осаждается углерод. Затем никель удаляется, оставляя чистый графен на поверхности кристалла. Это не только снижает термическую нагрузку, но и позволяет создавать графеновые соединения непосредственно на кристалле.
Но даже идеально нанесённый графен в своём исходном виде имеет ограниченную проводимость. Здесьразработчики сделала следующий шаг — применили метод интеркаляции. Легирующие атомы, введённые между слоями графена, увеличивают его проводимость в 100 раз по сравнению с медью. Более того, чем меньше размеры соединений, тем лучше работает графен, что делает его идеальным кандидатом для современных и будущих техпроцессов.
Преимущество перед медью
Медь остаётся стандартом в микроэлектронике, но её возможности ограничены. При уменьшении размеров соединений сопротивление возрастает, а плотность тока падает. Это ограничивает возможности дальнейшего масштабирования.
Графен, напротив, демонстрирует противоположный эффект. Чем меньше проводники, тем выше их проводимость. Более того, графеновые соединения повышают энергоэффективность на 80%, снижая энергопотребление и тепловыделение. Это критично для высокопроизводительных чипов, которые используются в искусственном интеллекте, IoT и других передовых направлениях.
Революция или эволюция?
Как выяснил IT-World, данная технология способна продлить действие закона Мура на несколько поколений вперёд. На рынке уже представлено промышленное оборудование CoolC GT300, предназначенное для массового нанесения графена на чипы. Также Destination 2D активно сотрудничает с такими гигантами, как TSMC и Samsung, чтобы ускорить внедрение своей технологии.
Прорыв в оптической памяти обещает CD вторую жизнь
Перспективы графена кажутся почти безграничными. Если технология получит широкое распространение, мы можем ожидать не только рост плотности транзисторов, но и революционные изменения в производительности и энергоэффективности чипов.
Скептики утверждают, что физические ограничения нельзя обойти, и закон Мура рано или поздно прекратит своё действие. Перспективы такие, что графен может продлить действие закона Мура на годы вперёд. Ведь если плотность транзисторов снова начнёт расти, это откроет новые горизонты для технологий будущего, включая искусственный интеллект, IoT и вычислительные системы.
Можно ли считать, что физика побеждена? Возможно, не совсем. Но графен точно доказывает, что даже законы природы иногда можно обойти. Сегодня он предлагает шанс полупроводниковой индустрии не просто задержаться на вершине прогресса, но и задать новый курс. Читайте также
BIM в российской стройке: есть или нет? BIM (Building information modeling) – пожалуй, главный термин в российской стройке в уходящем году: с июля использование технологий информационного моделирования стало обязательным условием почти для всех участников строительного рынка. Но какова эффективность BIM на практике и многие ли используют его в реальности? Рассказывает Кирилл Поляков, сооснователь цифровой платформы для управления стройкой Pragmacore.