Sukurtas mažiausias pasaulyje tranzistorius

Turbūt visi žinome, jog elektronikoje tranzistorius – tai fundamentalus elementas be kurio negalėtų egzistuoti jokia vaizdo plokštė, procesorius ar bet koks kitas lustas ar jų pagrindu sukurtas įrenginys. Taip pat tikriausiai žinome kuo daugiau tranzistorių turi procesorius, tuo didesne sparta jis pasižymi.

Kol didžiosios procesorių, lustų rinkinių bei puslaidininkinių prietaisų gamintojos tobulina silicio pagrindu kuriamas mikroschemas bei mažina jų techninį gamybos procesą, pagrindiniam gamybos etapui – litografijai, iškyla vis daugiau iššūkių. Norint į tą patį lusto plotą sutalpinti kelis kart daugiau tranzistorių atsiranda tankio problemų, kurios prideda dar daugiau sunkumų inžinieriams, kuomet kalbama apie kelių branduolių procesorius.

Šiandieninės kartos tranzistorių dydis „sukasi“ apie 45 nm na, o konkrečiu pavyzdžiu talpinančiu savyje tokių matmenų puslaidininkinius prietaisus, galėtų būti Intel Penryn procesoriai. Penryn lustas viename branduolyje turi 205 milijonų tranzistorių. Tokių branduolių iš viso yra keturi, tad gauname, jog bendrai procesorius savyje turi net 820 milijonų tranzistorių, kurie sutalpinti dvidešimties centų monetos pločio silicio luste. Maža to Intel bei didžiosios Taivano puslaidininkių gamybos įmonės jau nuo 2006 didžiuojasi 32 nanometrų dydžio tranzistoriaus projektavimo darbais, tad atrodo netolimoje ateityje sulauksime pagal dar mažesnį techninį procesą pagamintų lustų antplūdžio. Tačiau ar silicio tranzistorių dydžio mažėjimas neturi ribų?

Nors lustų inžinieriai blankiai, tačiau vis dar tęsia Gordeno Muro (Gorden Moore) teoriją, kuri teigia, kad tranzistorių kiekis mikroschemoje kas du metus padvigubėja, tačiau pats idėjos autorius šiuos žodžius viešai pasakęs dar 1965-aisiais metais, mano, kad jo prognozei artėja galas. Rimčiausias tokios prielaidos argumentas – greitais tempais artėjančios silicio litografijos galimybių ribos. Dauguma mokslininkų ir inžinerijos specialistų mano, kad „mirties linija“ silicio tranzistorių gamyboje turėtų būti 10 nm techninis procesas.

Profesorius Andrė Džeimas

Tačiau tobulėjimui ribų nėra, ir jei tobulėjimui trukdo silicis, kodėl gi jo nepakeitus kitu elementu? Taip ir pasielgė Mančesterio Universiteto, fizikos ir astronomijos katedros (University of Manchester\’s School of Physics and Astronomy) mokslininkai – profesorius Andrė Džeimas (Andre Geim) ir daktaras Kostė Novoselovas (Kostya Novoselov). Dar 2007-ųjų kovo mėnesį, vyrukai paskelbė sukūrę itin mažų matmenų puslaidininkinį prietaisą iš anglies alotropijos – grafeno. Panaudojant šią, ploniausią pasaulyje medžiagą, mokslininkams pavyko pagaminti vieno atomo storio ir penkiasdešimties atomų ploto tranzistorių. O kadangi tobulėjimui ribų nėra, dar prieš savaitę tie patys asmenys pranešė sukūrę dar mažesnių matmenų „modelį“. Patobulinus gamybinį procesą porininkai sukūrė vieno atomo storio ir tik dešimties atomų plotą užimantį „produktą“. Kūrėjai teigia, kad jie turi visiškai funkcionuojantį 1 nm grafeno tranzistorių.

Fizikos mokslų Daktaras Kostė Novoselovas

Tačiau neskubėkime džiaugtis – tokių matmenų puslaidininkis neturėtų sukelti revoliucijos puslaidininkių industrijoje, tačiau tai gamintojams suteiks daugiau galimybių gilintis į lusto struktūrą ir kaip įmanoma produktyviau išnaudoti lusto ar jo branduolių plotus, sutalpinant juose dešimtimis ar net šimtais milijonų daugiau tranzistorių negu dabar. Na, o tai savo ruožtu reiškia didelį spartos prieaugį ateities mikroschemose.

Sujungus šiuos, naujosios kartos tranzistorius su grafeno grandynais į vieningą struktūrą, būtų galima sukurti neįtikėtina sparta bei ypač mažu dydžiu pasižyminčius elektronikos įrenginius.

Vienas pirmųjų, 100 nm grafeno tranzistorius

Taigi apžvelgę visus pastaruoju metu vykdomus mokslinius/tiriamuosius darbus susijusius su elektronika, o konkrečiau su puslaidininkiais ir jų pagrindu kuriamais lustais, galime drąsiai teigti, kad silicį ateityje pakeis anglis. Anglies nanovamzdeliai, fulerenas, grafenas ir kiti būsimi mokslininkų kūriniai iš anglies bei plačios jų pritaikymo galimybės, tik įrodo, kad šis, gamtoje plačiai paplitęs elementas, gali tapti ne ką prastesniu elektronikos pagrindu nei silicis.