Cercetătorii chinezi de la Universitatea Beijing au anunțat un progres major în designul tranzistorilor, dezvoltând o tehnologie fără siliciu bazată pe un material bidimensional: bismut oxiselenuro. Potrivit echipei de cercetare, dacă va fi comercializată, această descoperire ar putea schimba radical direcția dezvoltării microprocesoarelor.
Inovația se bazează pe o arhitectură numită gate-all-around (GAAFET), unde poarta tranzistorului înconjoară complet sursa. În comparație cu designul tradițional FinFET, folosit în prezent pentru procesoarele pe bază de siliciu, noua structură permite o acoperire totală a porții, crescând astfel suprafața de contact între poartă și canal. Acest lucru îmbunătățește performanța prin reducerea pierderilor de energie și oferă un control mai precis al curentului electric.
Studiul a fost publicat în revista Nature Materials și susține că tranzistorul GAAFET 2D depășește în performanță procesoarele actuale realizate pe bază de siliciu, atât în ceea ce privește viteza, cât și eficiența energetică. Cercetătorii afirmă că noul tranzistor este cu 40% mai rapid decât cele mai noi cipuri de 3nm produse de Intel și consumă cu 10% mai puțină energie. Aceste specificații l-ar plasa înaintea actualelor procesoare fabricate de TSMC și Samsung.
Spre deosebire de designul parțial al porții în structurile tradiționale, care limitează controlul curentului și crește pierderile de energie, structura completă a porții în noul design abordează aceste probleme, permițând un câștig de tensiune ridicat și un consum energetic redus. Echipa de la Universitatea Beijing a construit deja unități logice folosind acest nou design, demonstrând fezabilitatea sa tehnologică.
„Este cel mai rapid și mai eficient tranzistor creat vreodată”, a declarat Universitatea Beijing, menționând că rezultatele au fost validate prin teste desfășurate în aceleași condiții ca și pentru cipurile comerciale de top.
Profesorul Peng Hailin, coordonatorul proiectului, a comparat evoluția tranzistorilor pe bază de siliciu cu o „scurtătură” tehnologică, în timp ce dezvoltarea celor pe bază de materiale 2D reprezintă „schimbarea benzii” în inovația tehnologică.
Noua arhitectură seamănă cu un sistem de poduri împletite, spre deosebire de structurile verticale ale FinFET-urilor. Această schimbare arhitecturală ar putea depăși limitele miniaturizării impuse de tehnologia pe bază de siliciu, mai ales pe măsură ce industria forțează trecerea sub pragul de 3nm.
Pentru a atinge această performanță, cercetătorii au dezvoltat două materiale noi pe bază de bismut: Bi₂O₂Se pentru semiconductori și Bi₂SeO₅ pentru stratul dielectric al porții. Aceste materiale prezintă o energie de interfață scăzută, reducând defectele și dispersia electronilor, fapt ce permite un flux de electroni aproape fără rezistență, comparabil cu apa care curge printr-o țeavă netedă.
Testele au fost susținute de calcule realizate prin teoria funcțională a densității (DFT) și validate prin experimente fizice folosind o platformă de fabricație de înaltă precizie la Universitatea Beijing. Cercetătorii susțin că aceste tranzistoare pot fi produse utilizând infrastructura actuală din industria semiconductorilor, ceea ce ar simplifica integrarea lor în viitoarele microprocesoare.
