Создан самый сложный процессор, изготовленный из двухмерного материала

Группа ученых и инженеров из Венского Технологического университета, Австрия, создала то, что можно назвать самым сложным на сегодняшний день микропроцессором, изготовленным из плоского двухмерного материала. На кристалле этого чипа находится 115 транзисторов, изготовленных из тончайшей, толщиной в три атома, пленки молибденита, дисульфида молибдена (MoS2). Активный слой чипа этого микропроцессора имеет толщину в шесть десятых нанометра, в то время, как толщина активного слоя обычных кремниевых чипов составляет минимум 100 нанометров.

Ученые надеются, что использование в чипах двухмерных материалов, таких, как графен и молибденит, позволит закону Гордона Мура продержаться еще достаточно долгое время. Графен является превосходным электрическим проводником, что делает его идеальным вариантом для изготовления соединений между компонентами чипа, а молибденит является полупроводником, из которого можно изготавливать элементы транзисторов и других электронных компонентов.

До последнего времени сложность электронных устройств, изготовленных из двухмерных материалов, была невысока, обычно схемы этих устройств содержали по нескольку экземпляров транзисторов. Новое же устройство, созданное учеными из Вены, содержит 115 транзисторов, размещенных на кремниевой подложке. Но, в принципе, схему этого простейшего микропроцессора можно было создать и на поверхности гибкого полимерного основания.

Несмотря на малое количество транзисторов, «плоский» микропроцессор способен выполнять написанные людьми программы, хранящиеся во внешней памяти, производя логические операции над данными и передавая результаты работы на периферийные устройства. Опытный микропроцессор способен выполнять операции только с одним битом данных в каждый момент времени, но архитектура микропроцессора является масштабируемой и без особых затруднений в будущем можно будет создать более сложное устройство, оперирующее данными с большим количеством битов.

Расход энергии «плоским» процессором составляет около 60 микроВатт при работе на таковых частотах от 2 до 20 килоГерц. «С точки зрения производительности наше устройство не идет ни в какое сравнение с нынешними кремниевыми процессорами» — пишут исследователи, — «Тем не менее, оно является первым шагом к созданию электронных устройств нового поколения».

Самый маленький элемент структуры чипа «плоского» микропроцессора имеет размер около 2 микрометров. Тем не менее, ученые считают, что переход к элементам и транзисторам с длиной канала от 100 до 200 нанометров не должен вызвать никаких затруднений, ведь для производства «плоской» электроники используются те же самые методы, что и для производства обычной кремниевой электроники. Улучшив в будущем качество соединительных контактов и уменьшив размеры элементов транзисторов до 1 нанометра можно будет добиться резкого увеличения плотности и быстродействия чипов процессоров.

К сожалению, массовое производство чипов с транзисторами из молибденита в настоящее время невозможно из-за отсутствия технологии производства высококачественной пленки этого материала. Наличие дефектов в изготавливаемых пленках обуславливает то, что работоспособными являются лишь пять процентов от общего количества изготовленных транзисторов. Венские ученые пытаются решить эту проблему путем разработки технологии выращивания молибденитовой пленки прямо на поверхности целевой сапфировой подложки, что позволит устранить сложные и дорогостоящие этапы отдельного выращивания пленки и прикрепления ее к поверхности подложки.

Кроме вышеупомянутой проблемы, для того, чтобы начать всерьез думать об чипах с сотнями миллионов «плоских» транзисторов, будет необходимо перейти от технологии металлооксидных полупроводников n-типа (NMOS) к более традиционной и менее требовательной к количеству энергии КМОП-технологии (CMOS). «Такой переход потребует использования иного двухмерного полупроводникового материала» — пишут исследователи, — «Но у нас уже имеется несколько подходящих кандидатов, в частности, диселенид вольфрама».