Bilim insanları gelecekteki bilgisayar çipleri için mümkün olan en küçük temas noktalarını ölçtüler

Yapay zekanın yükselişi, bilgi işlem gücüne yönelik neredeyse doyumsuz bir iştah yarattı. Yapay zeka sistemlerini eğitmek ve çalıştırmak çok sayıda transistör gerektiriyor ve mühendisler artık her çipe daha fazlasını yerleştirmek için yarışıyor. Ancak mevcut tasarımlarıyla silikon transistörler ne kadar küçülebilecekleri konusunda fiziksel sınırlara hızla ulaşıyor.

Yayınlanan yeni araştırmalar sayesinde DoğaUlusal Tayvan Üniversitesi’nden Ya-Ping Chiu liderliğindeki bir ekip, bu sınırları aşmaya yardımcı olabilecek yeni nesil transistörler hakkında yeni ayrıntıları ortaya çıkardı.

2D’ye küçültme

Günümüzde mevcut en gelişmiş transistör tasarımları, 2 boyutlu malzemeler olarak bilinen, yalnızca bir atom kalınlığındaki malzemelerden yapılmıştır. Herhangi bir transistörün içinde, yük taşıyıcıları (elektronlar veya elektronlar hareket ettiğinde geride kalan pozitif yüklü “delikler”) bir elektrik akımı oluşturmak için bir kanaldan akar. 2D malzemeler çok ince olduğu için mühendisler bu akış üzerinde alışılmadık derecede hassas kontrol uygulayabiliyor ve bu da onları daha küçük, daha verimli transistörler oluşturmak için umut verici adaylar haline getiriyor.

Ancak kanalı daraltmanın yanı sıra araştırmacıların, akımın metal temaslar yoluyla malzemeye nasıl girdiğini de dikkate alması gerekiyor. Şu ana kadar bu temas noktalarının düzgün çalışmayı bırakmadan önce tam olarak ne kadar küçülebileceği belirsizliğini korudu. Bu soruyu yanıtlamanın anahtarı, transfer uzunluğu adı verilen bir niceliktir: akımın çoğunun malzemeye fiilen girdiği mesafe. Kontaklar bu aktarım uzunluğundan daha küçük hale gelirse, bir darboğaz oluşur ve bu da transistörün genel performansına zarar verir.

Metal temas noktalarını araştırmak

Bu metal temas noktalarının ne kadar küçülebileceğini öğrenmek için Chiu’nun ekibi taramalı tünelleme mikroskobu adı verilen özel bir görüntüleme tekniğine yöneldi. Çalışan transistörleri keserek ve iğne benzeri bir probu açıkta kalan yüzey boyunca tarayarak, akımın metal bir temastan transistörün yarı iletken bileşeninin tek bir atomik katmanına nasıl yayıldığını doğrudan izleyebildiler.

Çarpıcı bir şekilde, ekip yalnızca 2 ila 3 nanometrelik bir aktarım uzunluğu ölçtü; bu, onlarca nanometreden yaklaşık 170 nanometreye kadar değişen önceki teorik tahminlerden çok daha küçüktü. En önemlisi, bu küçük aktarım uzunlukları, gelecek nesil ultra minyatür transistörler için öngörülen kontak boyutu gereksinimlerini zaten karşılıyor.

Talebe ayak uydurmak

Ekibin bulguları, 2D transistör bağlantılarının, transistörlerin kendileri kadar agresif bir şekilde küçültülebileceğini ve böylece daha küçük, daha yoğun, daha verimli çiplere giden yolda büyük bir engelin ortadan kaldırılabileceğini gösteriyor. Eğer temas noktaları performanstan ödün vermeden gerçekten bu kadar küçülebilirse, bu durum 2 boyutlu malzemelerin silikonun gerçek halefi olduğu durumunu güçlendirecek ve yapay zekanın daha güçlü, enerji tasarruflu donanıma yönelik aralıksız talebine ayak uydurmaya yardımcı olacaktır.