Heeft silicium zijn concurrent gevonden? Een geweldige vondst in het Technion

Onderzoekers van de Andrew en Erna Viterbi School of Electrical and Computer Science aan De Techion heeft onlangs de mogelijkheid aangetoond om de geleidbaarheid van een oxidatiemiddel te regelen door middel van een uitrekproces op atomaire schaal. Deze nauwkeurige geleidingscontrole opent een veelbelovende weg voor het optimaliseren van schakelaars, essentiële componenten van computerchips.

De ontwikkeling van deze technologieën zou een levensvatbaar alternatief kunnen vormen voor silicium, tot nu toe het dominante materiaal in de micro-elektronica.

Bezuinigen is een grote uitdaging

De prestaties van geïntegreerde schakelingen, ook wel computerchips genoemd, zijn voortdurend verbeterd door transistors te miniaturiseren. Deze schakelaars werken als miniatuurschakelaars die de stroom van elektrische stromen regelen, vergelijkbaar met een kraan die de waterstroom regelt.

In 1960 voorspelde Gordon Moore, de oprichter van Intel, dat de snelheid van transistorminiaturisatie het aantal transistors per gebied elke twee jaar zou verdubbelen. Deze voorspelling, bekend als de wet van Moore, bepaalt al tientallen jaren de mate van miniaturisatie.

Dit principe kent nu echter zijn grenzen. Volgens professor Lior Kornblum van de Viterbi School of Electrical and Computer Science maakt de voortdurende miniaturisatie van transistors, die slechts enkele tientallen atomen breed zijn, het moeilijk om hun prestaties te verbeteren zonder aan grootte in te boeten. Op nanometerschaal vertonen transistors nieuw gedrag dat verschilt van hun grotere voorgangers.

Oxidanten zijn een veelbelovende route

Van de oplossingen die worden overwogen om deze uitdagingen het hoofd te bieden, is een van de meest veelbelovende de zoektocht naar alternatieve materialen voor silicium. De onderzoeksgroep van professor Kornblum bestudeert verschillende oxidanten, waarvan er één een interessante eigenschap heeft: het kan veranderen van een geleidende toestand in een isolerende toestand, en vice versa. De onderzoekers hopen deze eigenschap te gebruiken om efficiëntere transistors te ontwikkelen.

Om dit doel te bereiken, is het noodzakelijk om de eigenschappen van het materiaal nauwkeurig te beheersen. Het Technion-team slaagde erin de elektrische eigenschappen van het materiaal te manipuleren door nauwkeurig de orde van picometrie (duizendsten van een nanometer) van de afstand tussen de atomen te regelen. Dr. Maria Baskin, directeur van het laboratorium, slaagde erin deze prestatie te volbrengen door lagen atomen op elkaar te leggen, waardoor membranen van het materiaal ontstonden.

uitrekken om te beheersen

In haar meest recente wetenschappelijke publicatie leidde promovenda Leshai Shoham een ​​team van twaalf andere onderzoekers van acht onderzoeksinstellingen en bedrijven in Zwitserland, Japan, Frankrijk en de Verenigde Staten. Het team toonde aan dat door het materiaal op atomair niveau uit te rekken, de lengte van chemische bindingen tussen atomen de elektrische eigenschappen verandert: Door de lengte van de atoombinding met minder dan 2% te verlengen, verminderden de onderzoekers de neiging van elektronen om van het ene atoom naar het andere te springen.

Volgens Elishai Shoham, “Het is verbazingwekkend hoe zulke kleine veranderingen in de atomaire structuur van een materiaal zo’n dramatisch effect hebben op elektrische eigenschappen. Deze ontdekkingen vormen de wetenschappelijke basis die we nodig hebben om toekomstige transistors te ontwikkelen uit deze onconventionele materialen. Vandaag implementeer ik de resultaten van ons onderzoek naar verwante materialen, van waaruit ik een nieuw type transistor ontwikkel. “

kunstmatig

De resultaten van het onderzoek van het Technion vormen een stap voorwaarts in de zoektocht naar alternatieven voor silicium voor micro-elektronica. Het gebruik van oxidanten en de exploitatie van hun eigenschappen, hoewel aangemoedigd, bevinden zich nog in de voorbereidende fase. Er is nog een lange weg te gaan om tot industriële toepassing te komen. Niettemin vormt dit werk een belangrijke stap in de richting van het verbeteren van transistors, de essentiële componenten van computerchips.

Voor een beter begrip

• Wat is een transistor? Een transistor is een miniatuurschakelaar die de stroom van elektrische stromen regelt, net zoals een kraan de stroom van water regelt.

• Wat is de wet van Moore? De Wet van Moore, afgekondigd door Gordon Moore, oprichter van Intel, voorspelt dat de snelheid van de miniaturisatie van de transistor het aantal transistoren per oppervlak elke twee jaar laat verdubbelen.

• Wat zijn de huidige uitdagingen van transistorminiaturisatie? Met de huidige grootte van transistors, die slechts enkele tientallen atomen breed zijn, wordt continue miniaturisatie zonder afbreuk te doen aan hun prestaties moeilijker.

• Wat zijn de mogelijkheden van oxidanten? Oxidanten hebben het vermogen om te veranderen van een geleidende toestand naar een isolerende toestand, en vice versa. De onderzoekers hopen deze eigenschap te gebruiken om efficiëntere transistors te ontwikkelen.

Uitleg sleutelillustratie: laboratoriumhart – oxidegroeisysteem – Technion-tegoed

“Bandbreedtecontrole en symmetriebreking in Mott-Hubbard gebonden metaal” – DOI: 10.1002/adfm.202302330

[ Rédaction ]