Американские ученые из Университета штата Пенсильвания впервые в мире разработали компьютер, в котором полностью отказались от традиционного кремния, использовав вместо него двумерные материалы. Это прорывное устройство основано на дисульфиде молибдена для транзисторов n-типа и диселениде вольфрама для транзисторов p-типа. Оба материала демонстрируют стабильность электронных характеристик даже при атомной толщине, что делает их перспективными для дальнейшего развития вычислительной техники.
Об этом сообщает ProIT
Особенности новой технологии и производства
Инженеры отмечают, что одним из ключевых вызовов при создании компьютера на двумерных материалах является необходимость обеспечения совместной работы полупроводников n- и p-типа, как этого требует технология CMOS. Для изготовления устройства был применен метод химического осаждения из паровой фазы металлоорганических соединений. В результате удалось вырастить большие листы дисульфида молибдена и диселенид вольфрама, а также изготовить более тысячи транзисторов каждого типа. Исследователи смогли точно настроить пороговое напряжение обоих типов транзисторов через коррекцию этапов производства и последующей обработки электронных компонентов.
«Кремний на протяжении десятилетий способствовал выдающимся достижениям в области электроники, позволяя непрерывно уменьшать полевые транзисторы. Однако по мере уменьшения размеров кремниевых устройств их производительность начинает ухудшаться. Двумерные материалы, напротив, сохраняют свои исключительные электронные свойства при атомной толщине, что открывает перспективный путь вперед», — объясняет профессор Саптарши Дас.
Первые результаты и перспективы развития
По словам авторов проекта, разработанный 2D CMOS-компьютер работает при низком напряжении питания, отличается минимальным энергопотреблением и уже способен выполнять простые логические операции на частотах до 25 килогерц. Несмотря на то, что устройство уступает по быстродействию классическим кремниевым компьютерам, оно демонстрирует возможность осуществлять базовые логические вычисления с использованием одного типа инструкций. Также исследователи создали вычислительную модель, откалиброванную по экспериментальным данным, которая позволяет прогнозировать производительность нового компьютера и сравнивать ее с современными кремниевыми аналогами.
Специалисты подчеркивают, что хотя исследования двумерных материалов стартовали лишь в 2010 году, переход к такому типу электроники может стать новым этапом в развитии компьютерной отрасли. Разработчики ожидают, что внедрение 2D-материалов в сложные многофункциональные компьютеры станет постепенным, но чрезвычайно перспективным процессом.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.