Лого Сделано у нас
109

Российские ученые разработали транзисторы на основе двухслойного графена

Российские ученые вместе с коллегами из Японии разработали транзисторы на основе двухслойного графена и показали, что те обладают рекордно низким энергопотреблением. Тактовая частота процессоров на основе таких транзисторов может увеличиться на два порядка, сообщает пресс-служба МФТИ.

Создание транзисторов, способных переключаться при малых напряжениях (менее 0,5 вольт), является одной из главных задач современной электроники. Наиболее перспективными кандидатами для ее решения часто считают туннельные транзисторы, но в большинстве полупроводников туннельный ток так мал, что не позволяет использовать транзисторы на их основе в реальных схемах. Авторы исследования показали, что эти ограничения можно обойти в новых туннельных транзисторах на основе двухслойного графена.

«При оптимальных условиях графеновый транзистор может менять силу тока в цепи в 35 тысяч раз при колебании напряжения на затворе всего в 150 милливольт», — говорится в пресс-релизе. «Такое маленькое рабочее напряжение означает не только то, что мы можем сэкономить электричество — электроэнергии у нас хватает, — приводятся в пресс-релизе слова ведущего автора исследования, заведующего лабораторией оптоэлектроники двумерных материалов МФТИ Дмитрия Свинцова. — При меньшем энергопотреблении электронные компоненты меньше нагреваются, а, значит, могут работать с более высокой тактовой частотой — не 1 ГГц, а, например, 10 или даже 100″."Двухслойный графен — это два листа графена, связанные между собой силами межмолекулярных взаимодействий. Получать его так же просто, как однослойный графен, но благодаря уникальной структуре энергетических зон двухслойный графен представляет собой чрезвычайно перспективный материал для низковольтных туннельных переключателей», — отметил Свинцов. Энергетические зоны двухслойного графена, т. е. разрешенные значения энергии электрона при данном значении импульса, имеют вид «мексиканской шляпы». Плотность электронов, которые можно разместить вблизи краев «мексиканской шляпы» стремится к бесконечности, а, значит, с приложением к транзистору уже небольшого напряжения все эти электроны начнут туннелировать. Поэтому в двухслойном графене и можно получить необходимые для работы электроники токи при низком энергопотреблении.

Такая особенность в структуре энергетической зоны называется сингулярностью Ван Хова и до новой работы в двухслойном графене она была едва заметна. Иначе говоря, края «мексиканской шляпы» выглядели «потрепанными» из-за низкого качества образцов. Современные образцы графена на подложках гексагонального нитрида бора (hBN) обладают гораздо лучшим качеством, и наличие острых сингулярностей Ван Хова в них экспериментально подтверждено методами сканирующей зондовой микроскопии и инфракрасной спектроскопии поглощения.

Статья опубликована в журнале Scientific Reports.

Источник: http://tass.ru/nauka/3284936
  • 4
    Нет аватара hvt
    16.05.1614:44:29

             

  • 4
    Yuriy Mironov Yuriy Mironov
    16.05.1615:22:43

    Только пока эта разработка превратится в транзисторы и пойдет в реализацию, пройдут годы! В России очень долгий процесс перехода от разработки до выпуска и реализации конкретной продукции!

    • 4
      alex4spb alex4spb
      16.05.1615:29:30

      Только пока эта разработка превратится в транзисторы и пойдет в реализацию, пройдут годы!
      вы куда-то торопитесь?

      первый биполярный транзистор был создан в 1947 году.

      а первый транзисторный радиоприёмник в 1954-м.

      • 14
        Yuriy Mironov Yuriy Mironov
        16.05.1616:50:12

        Я в принципе тороплюсь и хотел бы получить скажем компьютер с хорошим быстродействием и минимальным потреблением! Мой системник с монитором потребляет 140 — 200 ватт в час, а хотелось бы 20 Ват и производительность повыше чтобы была! А второе, это не я тороплюсь, а Китайцы, Немцы, Американцы, короче те, кто разработки быстро превращают в деньги, а денег как раз России и не помешало бы заработать на чем-то кроме нефти и газа!

        Это раньше прогресс делался логарифмической линейкой и измерялся десятилетиями, а сейчас каждая минута на вес золота и такие прорывные темы нужно пускать в оборот мгновенно иначе ГУУГЛЬ нас захватит!   

        Отредактировано: Wlad Aleksandrovich~18:52 16.05.16
        • 3
          alex4spb alex4spb
          16.05.1616:59:18

          ГУУГЛЬ нас захватит!
          а я давно сказал НЕТ наркотикам

  • 1
    Андрей Быстряков Андрей Быстряков
    16.05.1622:57:21

    Че за чушь?

    Тактовая частота зависит и в первую, и во вторую очередь не от энергопотребления, а от скорости движения носителя заряда и ширины структуры… сколько не понижай электропотребление в кремнии (к примеру) — все равно упрешься в тот факт, носитель заряда не способен пролететь через структуру (которая не может быть тоньше определенного количества атомов) на предельной скорости, быстрее чем это возможно теоретически…

    Другое дело что носители зарядов (электроны и дырки) — в графене движутся со скоростями сопоставимыми со скоростью света (не менее 10 миллионов м/с, а возможно и заметно быстрее) — что действительно несопоставимо со скоростью носителей зарядов в кремнии (там скорости порядка нескольких тысяч м/с)…

    намного более высокая скорость зарядов — это да, хороший задел для наращивания рабочей частоты… а энергопотребление — не главная, хотя и очень заметная проблема… плотность энергии в современных процессорах превосходит плотности энергии в ядерных реакторах… но это решаемо по крайней мере теоретически, а вот отношение скорости к ширине — это теоретический предел рабочей частоты, который обойти невозможно.

    Энергопотребление не зависит напрямую от рабочей частоты транзистора (только косвенно, более высокочастотный транзистор просто МЕНЬШЕ и их больше «упаковывается» на одинаковой площади)… а одиночный транзистор что на 1 мгц, что на 1 ггц потребляет примерно одинаково…

    Отредактировано: Андрей Быстряков~01:05 17.05.16
    • 0
      Нет аватара mrSergey
      17.05.1606:36:50

      Андрей, а можно для гуманитариев, попроще. Это совсем не сарказм. Дырки и электроны ещё помню. И это всё.

    • 0
      Нет аватара mrSergey
      17.05.1606:48:32

      Всё, встряхнул мозги. Поднял литературу. Спасибо, все свободны.     И это плюс! Заставить человека задуматься! Извините за сумбур.

    • 1
      Andrew Sochi Andrew Sochi
      17.05.1609:16:05

      Оверлокеры гонят кремний до 8Ггц и проблема у них с перегревом.А если обсуждаемая тема позволит добиться тех же результатов,только без азота и при меньшем энергопотреблении,то это уже будет шикарно!Хотелось бы мне узнать частоту проца,которая уперлась бы не в перегрев,а в скорость носителей заряда! ;)

      • Комментарий удален
    • 0
      A S A S
      17.05.1613:55:25

      Че за чушь?

      Тактовая частота зависит и в первую, и во вторую очередь не от энергопотребления, а от скорости движения носителя заряда и ширины структуры… сколько не понижай электропотребление в кремнии (к примеру) — все равно упрешься в тот факт, носитель заряда не способен пролететь через структуру (которая не может быть тоньше определенного количества атомов) на предельной скорости, быстрее чем это возможно теоретически…

      Вот боюсь — чушь сейчас сказали Вы.

      Ни причем тут скорость распространения — это просто лэтенси.

      Максимальная тактовая частота определяется временами предустановки и удержания логических элементов. Суть этих временных параметров — зарядка внутренней емкости. Скорость зарядки определяется собственно емкость и силой драйвера, который ее заряжет и определяется соотношением — I=CdU/dt. Соответственно чем быстрее Вы хотите драйвером щелкать — тем больше тока он должен уметь отдавать. Чем больше тока он отдает — тем сильнее греется.

      Энергопотребление напрямую зависит — правда не от частоты, а от фронтов сигналов. Но в контексте внутренностей чипа — можно говорить и о частоте. Фронт — это то самое dU/dt. Чем он круче — тем быстрее — тем больше тока — тем больше потребление.

      Да — задержка вносит свой вклад — так как он по сути суммируется с временами предустановки и удержания — но она достаточно мала по сравнению с ними. Не пренебрежительно мала, но достаточно чтобы на данный момент не считать её узким горлом.

      Низковольтовые схемы нужны — опять же из-за dU/dt — чем меньше dU — тем меньше dt Вы можете сделать при том же токе — то есть работать быстрее, а жрать столько же.

      (там скорости порядка нескольких тысяч м/с)…

      Скорость распространения поля определяется диэлектрической проницаемостью среды по формуле v=c/sqrt(e). Где c- это скорость света. Я не знаю что внутри чипа — но например в печатной плате e=4. То есть скорость распространения в 2 раза меньше скорости света и равна примерно 15см/нс или 1.5*10^8 м/с.

      В чипах поле распространяется намного быстрее.

      Основная проблема действительно — нагрев. Современные процессоры потребляют порядка 150Вт, что при напряжении ядра 0.9 В дает ток порядка 150А. Для сравнения — автоматы у Вас в квартире стоят на 16А.

      высокочастотный транзистор просто МЕНЬШЕ

      Емкость у него меньше. А геометрический размер значения не имеет — хотя на деле конечно меньше размер -> меньше емкость. И сам по себе он ничего не потребляет — нагрев происходит из двух (на самом деле больше — но это две основные) вещей

      1. Внутреннее сопротивление постоянному току — Rds

      2. Емкость затвора — которая определяет каким током он открывается на требуемой скорости.

      Например в цепях питания когда требуется плавное его нарастание — ток затвора специально ограничивают, что транзистор открывался медленнее.

      Отредактировано: Антон Смоленский~16:41 17.05.16
  • 1
    SergeySeverny SergeySeverny
    17.05.1605:17:17

    перспективная тема!+++

  • 0
    Сергей Барановский
    17.05.1609:23:12

    Главное патент получить, а никак обычно… Хотя и так наверно все японцам достанется (((

Написать комментарий
Отмена
Для комментирования вам необходимо зарегистрироваться и войти на сайт,