Smartfonlaringiz protsessorlari yangi hafta eshik ochmoqda

Sizga Tayvanda sodir bo'lgan va smartfonlaringiz "miyalari" — ya'ni protsessorlarini butunlay o'zgartirishi mumkin bo'lgan voqeadan gapirib bermoqchiman.

Muxandislar ko'p yillardan beri bilishadi: qurilmalaringizni boshqarib turgan kremniy chipalar o'z imkoniyatlarining chegarasiga yaqinlashmoqda. Kremniyni shunchalik kichraytirish mumkin, lekin bir joydan so'ng u "to'g'ri" ishlashni to'xtatadi. Shu sababli ham bugun hamma "2D materiallar" haqida gapiryapti — bu mayda-chuyda bir atom qalinlikdagi yarim o'tkazgichlar. Deyarli sehrli tengadek, to'g'rimi? Kichikroq, tezroq, kam energiya sarflaydigan.

Ammo bir narsa bor — uni hech kim sizga aniq aytmaydi: ushbu yupqa yarim o'tkazgichlarni haqiqiy tranzistorda ishlatish judayam qiyin.

Asosiy muammo

Tranzistorni kichkina elektromagnit kalitga o'xshating. Unga o'tkazmaydigan qatlam — dielektrik — kerak. Bu qatlam kalitni ishonchli ravishda yoqish va o'chirishga yordam beradi. Tranzistorlar kichraygan sari, ushbu qatlam ham ingichka bo'lishi kerak. Oddiy kremniy uchun bu muammo emas.

Lekin mana nasha: bir atom qalinlikdagi material bilan ishlayotganda, uning ustiga nimadir qo'shish hamma narsani buzishi mumkin. Yarim o'tkazgich va izolyator tutashgan joy — bu yerda — juda sezgir bo'lib qoladi. Kichikina buzuqlik elektronlarni to'qnashishi kerak bo'lmaganda to'qnashishiga olib keladi va natijada ishlash tezligi tushadi.

Shunday qilib, tadqiqotchilar ikkita yo'l oldida qolishdi: yoki boshqaruv kuchli bo'lsin, yoki elektronlar tinch harakatlansin. Ikkoviga bir vaqtning o'zida erishish imkonsiz tuyuldi.

Ikki tomonlama ishlaydigan "pol"

Endi esa muhim qism. Tayvanning Yang Ming Chiao Tung universiteti va TSMC jamoasi boshqacha yo'l tutdi. Ular yangi yarim o'tkazgich izlash bilan ovora bo'lish o'rniga, materiallar tutashadigan chegara — hamma narsa uchrashadigan joy — ustida ishladilar.

Ularning yechimi? Atigi 0.42 nanometr qalinlikdagi alyuminiy qatlami. (Bu ikkita kremniy atomini ustma-ust qo'ygandagi kenglikka teng, agar tasavvur qilishga yordam bersa.)

Ular ushbu alyuminiyni bir atom qatlamli molibden disulfid — mashhur 2D yarim o'tkazgich — ustiga to'g'ridan-to'g'ri qo'yishdi. Keyin uni oksidlashdi va shu tariqa alyuminiy oksid hosil qilishdi. Va nihoyat, asosiy dielektrik qatlamni qo'shdilar.

Bu ishlashining sirsh — shu mayda alyuminiy qatlami nima qilishidadir. Birinchidan, u tekis va uzluksiz sirt yaratadi, shunda keyingi qatlam bir tekisda o'sishi mumkin. Ikkinchidan, u himoya pol vazifasini bajaradi va yarim o'tkazgich bilan ustki yuqori-kappa dielektrik o'rtasida keraksiz elektrik o'zaro ta'sirlarni to'sqinlik qiladi.

Bu "pol" materiallarni shunchaki ajratib turmaydi — u ularning birga yaxshi ishlashiga faol yordam beradi.

Bu sizga nima beradi?

Aniqroq qilaman. Tadqiqotchilar atigi bir nanometr ekvivalent qalinlikdagi ishlaydigan tranzistorlar yaratishdi. Bu ishlaydigan qurilma uchun juda ham yupqa. Bundan ham muhami — ushbu ultrathin qatlamlarga qaramay, elektronlar samarali harakatlanishda davom etdi.

Buning amaliy ahamiyati nimada? Biz kremniyning cheklovlaridan qisman aynan shunday chegara muammolari tufayli quritilyapmiz. Agar olimlar atomik chegaralarni aniqroq loyihalasa, bugungi kunda yaratganlarimizdan kichikroq va kuchliroq chipalar eshigini ochamiz.

Professor Wen-Hao Chang — tadqiqotchilardan biri — yaxshi aytdi: atomik chegaraning o'zi materiallar qadar muhim bo'lishi mumkin. Bu butun soha uchun yangi qarash.

Kattaroq manzara

Men sizga yangi telefon ertaga ikki barobar ko'p batareya quvvatiga ega bo'lishini va'da qilmayman. Bular hali laboratoriya natijalari va ularni ommaviy ishlab chiqarishga o'tkazish yillar talab etadi. TSMC ishtiroki esa ularning bu ishni jiddiy olishganini ko'rsatadi.

Ammo meni hayratlantiradigan narsa: biz yangi imkoniyat topdik. O'n yildan ortiq vaqt davomida yangi avlod chipalar haqidagi munozara yangi yarim o'tkazgichlar kashf etish atrofida aylangan. Bu tadqiqot esa: "Gap shundaki, chegarani muhandislik qilish ham shunchalik muhim" deydi.

Shunday imkoniyat yangi yo'nalishlarni ochadi. Va biz doimiy ravishda jismoniy cheklovlarga duch keladigan sohada, yangi yo'nalishlar — aynan bizga kerakli narsa.

Keyingi marta protsessor yutuqlari haqida eshitsangiz, esda tuting — eng inqilobiy narsa ba'zan qaysi materiallarni ishlatishingiz emas. Ular bir-biri bilan qanday "til topishini" qanday tashkil etishingiz ham muhim.