Az oly sokat emlegetett Moore-törvény szerint az integrált áramörök összetettsége körülbelül másfél évenként megduplázódik. Ez viszont csak úgy képzelhető el, ha a rajtuk lévő tranzisztorok egyre kisebbek lesznek, és ez jó ideig így is történt. Azonban várható volt, hogy egyszer csak elérkezik egy fizikai korlát, ezért is foglalkoznak másféle, a szilíciumtól eltérő megoldásokkal a szakemberek.
A Penn State Egyetem (Pennsylvania State University) kutatói nemrégiben hozták nyilvánosságra fejlesztésüket: atomvastagságú (azaz inkább atomvékonyságú), szinte teljesen sík, mondhatni kétdimenziós anyagokat használtak az első szilíciummentes számítógép létrehozásához. Ezek az anyagok mindössze egyetlen atom vastagságúak, és a szilíciummal ellentétben még ilyen extrém méretekben is megőrzik a tulajdonságaikat – olvasható a Penn State weboldalán.
Ez a komputer most még csak alapvető műveletek végrehajtására képes, azonban már ezzel is jelzi azt az áttörést, ami átalakíthatja a jövő elektronikáját. A fejlesztés jelentős ugrást jelent a vékonyabb, gyorsabb és energiahatékonyabb elektronika megvalósítása felé – állítják a kutatók, akik egy CMOS (komplementer fém-oxid félvezető) számítógépet hoztak létre, szilícium nélkül. Az elektromos áram áramlásának szabályozásához szükséges kétféle típusú tranzisztor kifejlesztéséhez két különböző 2D anyagot használtak: molibdén-diszulfidot az n-típusú és volfrám-diszelenidet a p-típusú tranzisztorokhoz.
Bár a korábbi tanulmányok már bemutattak 2D-s anyagokon alapuló kis áramköröket, a komplex, funkcionális számítógépek készítése továbbra is kihívás maradt. „Első alkalommal demonstráltunk egy teljes egészében 2D anyagokból épített CMOS számítógépet, amely nagy felületen növesztett molibdén-diszulfid és volfrám-diszelenid tranzisztorokat kombinál” – magyarázta Saptarshi Dash professzor, aki a kutatásokat vezette.
A csapat fémorganikus kémiai gőzfázisú leválasztást (MOCVD) alkalmazott a molibdén-diszulfid és volfrám-diszelenid nagyméretű lemezeinek növesztésére. Ez egy olyan gyártási eljárás, amely magában foglalja az összetevők elpárologtatását, kémiai reakció kiváltását és a termékek hordozóra történő leválasztását. Mindkét típusú tranzisztorból több mint ezer darabot gyártottak. Az eszközgyártási és utófeldolgozási lépések gondos hangolásával képesek voltak mind az n-, mind a p-típusú tranzisztorok küszöbfeszültségét beállítani, lehetővé téve a teljes mértékben működőképes CMOS logikai áramkörök felépítését.
A 2D CMOS komputer működési frekvenciája alacsony a hagyományos szilícium CMOS áramkörökhöz képest, de a számítógép (amelyet egy utasításkészlettel rendelkező számítógépnek neveznek) így is képes egyszerű logikai műveletek végrehajtására. Dash szerint még további munkákra van szükség a 2D CMOS számítógépes megközelítés széles körű fejlesztéséhez, de úgy véli, hogy a terület gyorsan fejlődik a szilíciumtechnológia fejlődéséhez képest.
„A szilíciumtechnológia fejlesztése már körülbelül 80 éve folyik, de a 2D-s anyagokkal kapcsolatos kutatások viszonylag újkeletűek, csak 2010 körül kezdődtek igazán. Arra számítunk, hogy a 2D-s anyagokat használó számítógépek fejlesztése is fokozatos folyamat lesz, de nagy előrelépést jelent majd a szilíciumhoz képest” – állítja a szakember.
Az utóbbi években jelentős előrelépés történt a 2D-s anyagokon alapuló elektronikában, mint például a 2D-s anyagok lapkaléptékű növekedése, valamint a 2D-s FET-ek és áramkörök gyártása. Egyszerű, rétegzett anyagokat használó 2D CMOS áramkörökről is beszámoltak. A Penn State munkája a 2D-s anyagok integrációjának első nagyobb léptékű demonstrációja, amely egy olyan jövőt sugall, amelyben egészen vékony, a mainál sokkal gyorsabb és energiahatékonyabb elektronika fog működni, mindössze atomnyi vastagságú anyagokra támaszkodva.
Ha máskor is tudni szeretne hasonló dolgokról, lájkolja a HVG Tech rovatának Facebook-oldalát.
(Cikkünk nyitóképén a Penn State kutatócsoport által készített számítógép pásztázó elektronmikroszkópos képe látható. Forrás: Krishmendu Mukhopadhyay/Penn State University)
