The Magic Ingredients i Intels nye, Tinier Transistor


I forrige uke annonserte Intel og IBM at de hadde funnet ut en måte å ytterligere krympe størrelsen på transistorer, den lille on-off bytter de kraftige datamaskinene. Trikset, ifølge Intel, introduserer metallhafniumet i blandingen - et tillegg som markerer den første store endringen i transistormaterialer i fire tiår. Hafni

I forrige uke annonserte Intel og IBM at de hadde funnet ut en måte å ytterligere krympe størrelsen på transistorer, den lille on-off bytter de kraftige datamaskinene. Trikset, ifølge Intel, introduserer metallhafniumet i blandingen - et tillegg som markerer den første store endringen i transistormaterialer i fire tiår. Hafnium-baserte datakretser vil trolig bli tettere, raskere og forbruke mindre strøm enn eksisterende mikroprosessorer.

"Det er en veldig, veldig viktig begivenhet, " sier elektriskt ingeniør Carlton Osburn fra North Carolina State University, medlem av en forskergruppe som studerte hafnium og andre avanserte transistormaterialer. "Dette adresserer direkte en av de store utfordringene" i halvlederproduksjon.

Selv om selskapene ennå ikke har frigjort designdetaljer, kunne Osburn og andre eksperter gjøre noen informerte gjetninger om deres indre arbeid og utfordringene ved å produsere dem.

Intels demonstrasjon besto av en hafniumbasert mikroprosessor som er i stand til å kjøre tre forskjellige datasystemer. I transistorene spiller hafniumoksid rollen som den såkalte gate dielektriske, et isolerende lag som skiller transistorens elektrode fra sin silikonkanal for å bære strøm. En spenning som kommer fra elektroden slår transistoren av eller på ved å styre strømmen av elektroner over den kanalen. Nøkkelen gjør isolatoren så tynn som mulig for å bytte kanal raskere og pakke flere transistorer på en brikke.

I løpet av det siste tiåret har Intel og andre mikrochipmakere i stigende grad støtet opp mot et grunnleggende problem: elektrisitet vil begynne å lekke fra det glassaktige silisiumdioksydisolerende laget som sin bredde krympet til nesten et nanometer. Følgelig krevde transistorene å overdrive mengder strøm.

For å overvinne denne hindringen måtte chipmakers bestemme hvordan man skal erstatte silisiumdioksyd med såkalte high-k materialer som hafnium og zirkonium. Et materialets ytelse som en dielektrisk port avhenger av dens tykkelse og dens k-verdi, eller dielektriske konstant, som reflekterer sin evne til å lagre en ladning. Fordi hafnium har en høyere k-verdi enn silisiumdioksyd, bør den kunne gjøre samme eller bedre jobb med en tykkelse som forhindrer lekkasje. Det forløpet ville tillate Intel å krympe den minste dimensjonen av transistorene fra dagens 65 nanometer til en svelte 45 nanometer, og holde det rasende tempoet i transistorminaturering på det forventede sporet.

Silisondioksydets skjønnhet var at produsentene kunne vokse det ved å plassere en silisiumskive i et kar fyllt med oksygen, forteller Yale Universitets elektroingeniør Tso-Ping Ma. Produksjon av hafniumoksydtransistorer vil kreve at chipmakere legger til flere nye trinn til produksjonsprosessen, delvis fordi elektrodene må være laget av metall, i stedet for fra en form av silisium, for å forbli kompatibel med hafniumet. Innledende produksjonskostnader vil trolig være høyere og tidlige sjetonger vil trolig inneholde flere feil, sier Ma, fordi materialene vil være mer følsomme for varme og andre påvirkninger.

Osburn sier at en hafnium-transistor fortsatt vil trenge et tynt lag silisiumdioksyd på bunnen av portisolatoren for å slippe ut overbelastninger som ellers ville akkumulere der og forstyrre enheten. Ma, som sier at han har jobbet med både Intel- og IBM-forskergruppene, men ikke er enig i sin design, legger til at tilstedeværelsen av silisiumdioksid ville kreve at chipmakere også tilsetter nitrogen til hafniumoksidet. Uten den, sier han, isolatoren ville bare ha en beskjeden forbedret k-verdi som ville være utilstrekkelig for de neste to eller tre reduksjonene i transistorstørrelsen.

Det eneste vitenskapelige spørsmålet Ma ser er i metallelektroder. Det er faktisk to typer transistorer som brukes i datakretser, og hver krever sin egen metalltype. Ma sier at en forbindelse mest sannsynlig vil være et stabilt materiale som titanitrid eller tantalkarbid, men at han ikke vet hva det andre metallet ville være.

Forskere synes imidlertid å ha det under kontroll: Samme dag som Intel gjorde sin kunngjøring, SEMATECH, halvledertillverkernes forskningskonsortium, annonserte at ingeniører hadde testet high-k-versjoner av begge transistorene.

AntennestasjonEr virusene levende?Å øke Volt-Age: Er Obamas mål om 1 million elektriske kjøretøy på US Highway i 2015 Realistisk?Arktisk rapportkort: Sviktende å stoppe oppvarmingAmerikanske Brødkurv Skift Takket være KlimaendringGode ​​nyheter etter Gulf spill: Turtle redningsplan lykkesBrukte batterier kan hjelpe California Store fornybar energiKlimaendring tilbyr grim langvarig prognose for sjømat