Υπολογιστική
Ο Υπολογιστής 2D CMOS Σπέρνει μια Νέα Εποχή Εναλλακτικών του Πυριτίου
Προσθέστε το Securities.io στις προτιμώμενες πηγές σας στο Google
Στον κόσμο της τεχνολογίας ημιαγωγών, η οποία αποτελεί τη βάση των σύγχρονων ηλεκτρονικών, το πυρίτιο (Si) είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο υλικό.
Το δεύτερο πιο άφθονο στοιχείο στη Γη μετά το οξυγόνο, το πυρίτιο έχει επιτρέψει προόδους στην τεχνολογία ημιαγωγών μέσω της μικροποίησης. Από μικροεπεξεργαστές έως αυτοματοποίηση, υπολογιστές, smartphones και ηλεκτρικά οχήματα, έχει επιφέρει επαναστατικές εξελίξεις στην ηλεκτρονική μειώνοντας σημαντικά το φυσικό μέγεθος των συσκευών.
Ωστόσο, τώρα, οι προκλήσεις στην κλιμάκωση έχουν καταστήσει απαραίτητη την εξερεύνηση νέων υλικών. Εδώ, τα δισδιάστατα (2D) υλικά δείχνουν δυνατότητα για πρωτοφανείς προόδους στην απόδοση των συσκευών σε ατομικό επίπεδο.
Τα 2D υλικά είναι υπερλεπτά νανοϋλικά με μια μόνο στρώση ατόμων. Έχουν υψηλό βαθμό ανισοτροπίας και χημικής λειτουργικότητας, και οι ελκυστικές ηλεκτρονικές τους ιδιότητες τα καθιστούν χρήσιμα σε ευρύ φάσμα εφαρμογών. Το γραφένιο είναι ένα δημοφιλές 2D υλικό.
Έτσι, με το ατομικό πάχος τους και την υψηλή κινητικότητα φορέα, τα 2D υλικά προσφέρουν μια υποσχόμενη εναλλακτική. Έχει σημειωθεί σημαντική πρόοδος επίσης στην ανάπτυξη σε κλίμακα wafer, σε υψηλής απόδοσης πεδίου-εφέ τρανζίστορ (FET) και κυκλώματα βασισμένα σε αυτά τα υλικά.
Το FET είναι ένας τύπος τρανζίστορ που χρησιμοποιεί ηλεκτρικό πεδίο για να ελέγξει το ρεύμα μέσω ενός ημιαγωγού. Λειτουργώντας ως κρίσιμο ηλεκτρονικό στοιχείο στα σύγχρονα ηλεκτρονικά, ένα FET λειτουργεί ως ελεγχόμενος διακόπτης σε κυκλώματα υψηλής τάσης και υψηλής συχνότητας.
Παρόλο που έχει σημειωθεί μεγάλη πρόοδος, η επίτευξη της ενσωμάτωσης συμπληρωματικού μεταλλικού οξειδίου ημιαγωγού (CMOS) παραμένει πρόκληση.
Το CMOS είναι ένας τύπος τεχνολογίας που χρησιμοποιείται στην κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, ιδιαίτερα σε επεξεργαστές υπολογιστών, μνήμες και άλλες ψηφιακές συσκευές. Βοηθά στη ρύθμιση της ροής του ηλεκτρισμού μέσω αυτών των στοιχείων, κάτι που είναι κρίσιμο για τη σωστή λειτουργία.
Σημαντικό είναι ότι το CMOS χρησιμοποιεί τόσο τρανζίστορ τύπου n (NMOS) όσο και τύπου p (PMOS) με συμπληρωματικό τρόπο για την επίτευξη λογικών λειτουργιών.
Τα τρανζίστορ τύπου n διεξάγουν το ηλεκτρικό ρεύμα χρησιμοποιώντας αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια ως κύριους φορείς φορτίου και επιτρέπουν τη ροή του ρεύματος. Στα τρανζίστορ τύπου p, η πλειονότητα των φορέων φορτίου είναι οι οπές (θετικά φορτία), και επιτρέπουν τη ροή του ρεύματος από την πηγή τροφοδοσίας προς την έξοδο.
Στο CMOS, ο όρος μεταλλικό-οξειδικό-ημιαγωγό αναφέρεται στα υλικά που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή των τρανζίστορ: μέταλλο για την πύλη, οξείδιο για την μόνωση και πυρίτιο ως ημιαγωγό για το κανάλι.
Αυτό που κάνει το CMOS ισχυρό είναι ότι επιτρέπει τη δημιουργία σύνθετων ηλεκτρονικών κυκλωμάτων σε ένα μόνο ημιαγωγό chip. Επίσης, τα τρανζίστορ CMOS καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια σε σύγκριση με άλλες τεχνολογίες, επειδή καταναλώνουν ενέργεια μόνο όταν εναλλάσσονται μεταξύ των καταστάσεων (on/off). Επιπλέον, τα κυκλώματα CMOS είναι γνωστά για την υψηλή αξιοπιστία τους.
Τώρα, ερευνητές από το Penn State έχουν ξεπεράσει την πρόκληση της ενσωμάτωσης CMOS με 2D υλικά.
Αυτό που έκαναν είναι ότι ανέπτυξαν έναν 2D υπολογιστή με ένα σύνολο εντολών βασισμένο στην τεχνολογία CMOS. Εκμεταλλεύεται την ετερογενή ενσωμάτωση μεγάλων περιοχών n‑τύπου MoS2 και p‑τύπου WSe2 πεδίου-εφέ τρανζίστορ.
Η ομάδα κατάφερε να επιτύχει υψηλά ρεύματα οδήγησης και μειωμένη διαρροή υποκατωφλίου προσαρμόζοντας τις τάσεις κατωφλίου για τα n‑ και p‑τύπου 2D FET. Αυτό επιτεύχθηκε με τη σμίκρυνση του μήκους καναλιού, για το οποίο ενσωμάτωσαν ένα υψηλής κ‑πυκνότητας διαβήτης πύλης και βελτιστοποίησαν την ανάπτυξη υλικού και την επεξεργασία των συσκευών.
Αυτό επέτρεψε τη λειτουργία του κυκλώματος κάτω από 3 V με συχνότητα λειτουργίας έως 25 kHz, καθώς και εξαιρετικά χαμηλή κατανάλωση ενέργειας στην περιοχή των picowatt και ενέργεια διακόπτη περίπου 100 pJ.
Ο Υπολογιστής 2D CMOS του Penn State Σπρώχνει το Ατομικό Όριο
Το πυρίτιο είναι ηγέτης στην τεχνολογία ημιαγωγών, αλλά σε αντίθεση με αυτό το χημικό στοιχείο, τα 2D υλικά με πάχος ενός ατόμου μπορούν να διατηρήσουν τις ιδιότητές τους σε αυτή την κλίμακα.
Αφού οδήγησε «σημαντικές προόδους στην ηλεκτρονική για δεκαετίες, επιτρέποντας τη συνεχή μικροποίηση των πεδίου-εφέ τρανζίστορ (FET)», το πυρίτιο αντιμετωπίζει ένα μεγάλο πρόβλημα στο να κάνει τις συσκευές καλύτερες και μικρότερες.
«Καθώς οι συσκευές πυριτίου μικραίνουν, η απόδοσή τους αρχίζει να υποβαθμίζεται», σημείωσε ο επικεφαλής της μελέτης, Saptarshi Das, ο οποίος είναι καθηγητής Ackley Engineering και καθηγητής μηχανικής επιστήμης και μηχανικής στο Penn State.
Αντίθετα, τα 2D υλικά διατηρούν τις εξαιρετικές ηλεκτρονικές τους ιδιότητες ακόμη και στο ατομικό τους πάχος, προσφέροντας έτσι «μια υποσχόμενη πορεία προς τα εμπρός». Συνεπώς, στην πρωτοποριακή εργασία, η ομάδα ερευνητών χρησιμοποίησε 2D υλικά για να αναπτύξει έναν υπολογιστή που είναι ικανός για απλές λειτουργίες.
Δημοσιεύτηκε στο Nature1, η μελέτη, που υποστηρίχθηκε από το Γραφείο Ναυτικού Έρευνας, το Γραφείο Έρευνας του Στρατού και το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ, περιέγραψε το μεγάλο άλμα στην υλοποίηση πιο λεπτών, γρηγορότερων και ενεργειακά πιο αποδοτικών ηλεκτρονικών.
Όπως σημειώθηκε παραπάνω, δημιούργησαν έναν υπολογιστή CMOS χωρίς εξάρτηση από το πυρίτιο, ένα τετραβαλικό μεταλλοειδές που παρουσιάζει ιδιότητες ενδιάμεσες μεταξύ μετάλλων και μη‑μετάλλων. Οι ερευνητές το αντικατέστησαν με δύο διαφορετικά 2D υλικά για να αναπτύξουν τους δύο τύπους τρανζίστορ που απαιτούνται σε υπολογιστές CMOS για τον έλεγχο της ροής του ηλεκτρισμού.
Για τα τρανζίστορ τύπου n, χρησιμοποίησαν μολοβδενίου δισουλφίδιο (MoS2), μια κατηγορία 2D μετάλλου‑δικοσουλφιδίου (TMDC) ανόργανων υλικών με χαμηλό συντελεστή τριβής, εξαιρετική θερμική σταθερότητα και υψηλή αντοχή στη φθορά, υπό συγκεκριμένες συνθήκες.
Για τα τρανζίστορ τύπου p, χρησιμοποιείται ταντάλιο δισελενίου (WSe2). Η ανόργανη ένωση έχει εξαγωνική κρυσταλλική δομή παρόμοια με το μολοβδενίου δισουλφίδιο και είναι γνωστή για τις μοναδικές ηλεκτρονικές της ιδιότητες, συμπεριλαμβανομένης της υψηλής κινητικότητας φορέα, ενός σημαντικού ενεργειακού χάσματος και ενός εντυπωσιακού λόγου on‑off.
Η τεχνολογία CMOS απαιτεί τόσο ημιαγωγούς τύπου n όσο και τύπου p να λειτουργούν μαζί για να επιτύχουν υψηλή απόδοση με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Αυτό, ωστόσο, αποτελεί βασική πρόκληση που εμποδίζει τις προσπάθειες να ξεπεραστεί το πυρίτιο.
Και ενώ οι μελέτες έχουν δείξει ότι μικρά κυκλώματα βασισμένα σε 2D υλικά μπορούν να κλιμακωθούν σε σύνθετους, λειτουργικούς υπολογιστές, αυτή η επίτευξη δεν έχει ακόμη πραγματοποιηθεί.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτή είναι η βασική πρόοδος της εργασίας τους. Για πρώτη φορά, έχουν κατασκευάσει έναν υπολογιστή CMOS εξ ολοκλήρου από 2D υλικά, συνδυάζοντας τρανζίστορ μολοβδενίου δισουλφιδίου και τανταλίου δισελενίου που έχουν καλλιεργηθεί σε μεγάλη περιοχή.
Για την κατασκευή του τρανζίστορ, η ομάδα χρησιμοποίησε μια διαδικασία που ονομάζεται χημική απόθεση αερίου μετάλλου‑οργανικού (MOCVD). Σε αυτή τη διαδικασία, τα συστατικά ατμοποιούνται, προκαλώντας χημική αντίδραση και εναποθέτοντας τα προϊόντα σε ένα υπόστρωμα.
Χρησιμοποιώντας το MOCVD, η ομάδα καλλιεργήθηκε μεγάλες φύλλες μολοβδενίου δισουλφιδίου και τανταλίου δισελενίου και κατασκεύασε πάνω από 1.000 κάθε τύπου τρανζίστορ.
Στη συνέχεια, μέσω προσεκτικών αλλαγών στην κατασκευή της συσκευής και στην επεξεργασία μετά την παραγωγή, η ομάδα κατάφερε να ρυθμίσει τις τάσεις κατωφλίου των τρανζίστορ n‑ και p‑τύπου, επιτρέποντας έτσι την ανάπτυξη πλήρως λειτουργικών λογικών κυκλωμάτων CMOS.
According to Subir Ghosh, the first author of the study and a doctoral student of engineering science and mechanics:
«Ο 2D υπολογιστής CMOS μας λειτουργεί σε χαμηλές τάσεις τροφοδοσίας με ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας και μπορεί να εκτελεί απλές λογικές λειτουργίες σε συχνότητες έως 25 kHz.»
Ενώ αυτή η συχνότητα λειτουργίας είναι χαμηλή σε σύγκριση με τα συμβατικά κυκλώματα πυριτίου CMOS, ο Ghosh σημείωσε ότι ο υπολογιστής τους εξακολουθεί να μπορεί να εκτελεί απλές λογικές λειτουργίες.
«Αναπτύξαμε επίσης ένα υπολογιστικό μοντέλο, που βαθμονομήθηκε με πειραματικά δεδομένα και ενσωμάτωσε τις διακυμάνσεις μεταξύ των συσκευών, για να προβλέψει την απόδοση του 2D υπολογιστή CMOS μας και να το συγκρίνει με την κορυφαία τεχνολογία πυριτίου. Αν και υπάρχει περιθώριο περαιτέρω βελτιστοποίησης, αυτή η εργασία σηματοδοτεί ένα σημαντικό ορόσημο στην αξιοποίηση των 2D υλικών για την πρόοδο του τομέα της ηλεκτρονικής.»
– Ghosh
Έτσι, ενώ πρόκειται για μεγάλη επίτευξη, η δουλειά δεν έχει ολοκληρωθεί ακόμη. Απαιτείται περαιτέρω έρευνα για την περαιτέρω ανάπτυξη της προσέγγισης του 2D υπολογιστή CMOS για ευρύτερη χρήση. Ωστόσο, ο Das τόνισε την ταχεία πρόοδο του πεδίου σε σύγκριση με την ανάπτυξη της τεχνολογίας πυριτίου.
«Η τεχνολογία πυριτίου αναπτύσσεται περίπου 80 χρόνια, αλλά η έρευνα στα 2D υλικά είναι σχετικά πρόσφατη, εμφανιζόμενη κυρίως από το 2010. Αναμένουμε ότι η ανάπτυξη υπολογιστών με 2D υλικά θα είναι επίσης μια σταδιακή διαδικασία, αλλά αυτό αποτελεί ένα άλμα μπροστά σε σύγκριση με την πορεία του πυριτίου.»
– Das
Κατασκευή Μικροτσίπ με 2D Υλικά σε Κλίμακα
Πριν από λίγους μήνες, επιστήμονες στην Κίνα ανέφεραν επίσης την ανάπτυξη ενός μικροτσίπ2 χρησιμοποιώντας μολοβδένιο δισουλφίδιο. Το τσίπ διαθέτει 5.931 τρανζίστορ, το καθένα από τα οποία έχει πάχος τριών ατόμων.
Το μολοβδένιο δισουλφίδιο (MoS2) θεωρείται από τους επιστήμονες ότι θα επιτρέψει τη συνέχιση του νόμου του Μουρ όταν το πυρίτιο δεν μπορεί να προσφέρει περαιτέρω πρόοδο.
«Αν και τα 2D υλικά έχουν προωθηθεί ευρέως για πάνω από μια δεκαετία, ο πραγματικός περιορισμός στην τρέχουσα ανάπτυξή τους δεν είναι η απόδοση ενός μεμονωμένου συσκευής, καθώς πολλά 2D ηλεκτρονικά συσκευές λειτουργούν πολύ καλά σε εργαστηριακό επίπεδο.»
– Wenzhong Bao, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Fudan
Η πρακτικότητα των 2D υλικών αμφισβητείται λόγω του «έλλειψης ενσωματωμένου τεχνολογικού συστήματος που είναι κλιμακώσιμο, επαναλήψιμο και συμβατό με βιομηχανικές διαδικασίες», πρόσθεσε.
Έτσι, η ομάδα δημιούργησε ένα νέο μικροτσίπ που ονομάστηκε RV32‑WUJI. Διαθέτει σχεδόν 6.000 τρανζίστορ MoS2 κατασκευασμένα με συμβατές τεχνολογίες CMOS, σηματοδοτώντας τη μετάβαση από την εργαστηριακή έρευνα σε εφαρμογές συστημικού επιπέδου.
Το μικροτσίπ είναι εξοπλισμένο με αρχιτεκτονική RISC‑V που μπορεί να εκτελεί τυπικές 32‑bit εντολές. Ο νέος επεξεργαστής κατασκευάζεται πάνω σε υπόστρωμα απομονωτικού σαφράνιου που διαχωρίζει ηλεκτρονικά κάθε τρανζίστορ. Έχει επίσης αναπτυχθεί μια βιβλιοθήκη τυπικών κυττάρων για το RV32‑WUJI, περιέχοντας 25 τύπους λογικών μονάδων για την εκτέλεση βασικών λειτουργιών. Για τη βελτιστοποίηση κάθε βήματος της διαδικασίας, η ομάδα χρησιμοποίησε μηχανική μάθηση.
Οι ερευνητές πέτυχαν απόδοση κατασκευής 99,77 %. Το τσίπ επίσης καταναλώνει μόλις 0,43 mW ενέργειας κατά την εκτέλεση αριθμητικών πράξεων.
Ενώ τα σιλικά τσίπ διαθέτουν εκατομμύρια φορές περισσότερα τρανζίστορ και λειτουργικές συχνότητες που είναι πολύ πιο γρήγορες από τη νέα συσκευή, ο Bao δήλωσε ότι η νέα εργασία βασίζεται σε εργαστήριο, σε αντίθεση με τα σιλικά ημιαγωγά που έχουν δεκάδες χρόνια επενδύσεων σε Έρευνα & Ανάπτυξη. Αν η βιομηχανία υιοθετήσει 2D ημιαγωγούς, «πιστεύουμε ότι ο ρυθμός σύγκλισης με την απόδοση των σιλικοειδών θα είναι ταχύτερος από ό,τι μπορούμε να φανταστούμε», πρόσθεσε.
Το ενεργό 2D υλικό μολοβδένιο δισουλφίδιο (MoS2) πρόσφατα έλαβε επίσης μια αναβάθμιση με πλατίνα (Pt) σε ατομικό επίπεδο σε μια νέα μελέτη3 που διεξήχθη από το Πανεπιστήμιο της Βιέννης και το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Βιέννης.
Οι ερευνητές ενσωμάτωσαν μεμονωμένα άτομα Pt σε μια υπερλεπτή μονοστρώση MoS2 και, για πρώτη φορά, εντόπισαν τις ακριβείς θέσεις τους μέσα στο πλέγμα με ατομική ακρίβεια μέσω μιας καινοτόμου προσέγγισης.
Η προσέγγισή τους, που ενσωματώνει στοχευμένη δημιουργία ελαττωμάτων στη μονοστρώση MoS2, ελεγχόμενη εναπόθεση πλατίνας και τεχνική υψηλής αντίθεσης υπολογιστικής μικροσκοπικής απεικόνισης, πιστεύεται ότι προσφέρει νέες διαδρομές για την κατανόηση και τη μηχανική ατομικών χαρακτηριστικών σε 2D συστήματα.
Πέρα από το CMOS: Υβριδικά 2D Υλικά και Κβαντικές Διαδρομές
Οι ερευνητές αναζητούν καινούργια υλικά για την αντικατάσταση του πυριτίου στα επόμενης γενιάς ηλεκτρονικά για πολύ καιρό. Αυτά τα υλικά πρέπει να παρέχουν υψηλότερη απόδοση και χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας, διατηρώντας ταυτόχρονα την κλιμακωσιμότητα, κάτι που τα οδηγεί στα 2D υλικά.
Μια πολυ‑ιδρυματική εργασία που συν‑ηγείται από το MIT πριν από μερικά χρόνια πραγματικά επιτεύχθηκε δύο τεχνικές προόδους και ήταν επίσης η πρώτη που ανέφερε ότι η μέθοδός τους, τα διχομερή μετάλλου‑δικοσουλφιδίου (TMD), για την ανάπτυξη ημιαγωγών υλικών θα έκανε τις συσκευές ταχύτερες και πιο ενεργειακά αποδοτικές.
Για τη δημιουργία των νέων υλικών, η ομάδα έπρεπε να ξεπεράσει τρεις προκλήσεις σε κλίμακα wafer ή μεγάλης κλίμακας: εξασφάλιση μονοκρυσταλλικότητας, κατακόρυφες ετεροδομές και πρόληψη μη ομοιόμορφου πάχους.
Σε αντίθεση με τα 3D υλικά, που υποβάλλονται σε διαδικασίες λειώματος και λειώματος για την επίτευξη ομοιόμορφης επιφάνειας, τα 2D υλικά δεν επιτρέπουν αυτή τη διαδικασία, με αποτέλεσμα μια άνιση επιφάνεια. Αυτό καθιστά δύσκολη την παραγωγή μεγάλου κλίμακας, υψηλής ποιότητας, ομοιόμορφου 2D υλικού.
Έτσι, η ομάδα δημιούργησε μια περιορισμένη δομή που προάγει τον κινητικό έλεγχο των 2D υλικών, που όχι μόνο έλυσε όλες τις προκλήσεις αλλά και απαιτούσε αυτοκαθορισμένη σπορά ανάπτυξης για μικρότερο χρόνο ανάπτυξης.
Η άλλη τεχνική πρόοδος ήταν η παρουσίαση ετεροσύνθετων TMD με μονοδυναμικό τομέα σε μεγάλη κλίμακα, στρώμα‑προς‑στρώμα.
Η έρευνα στα 2D υλικά επεκτείνεται συνεχώς, με επιστήμονες να προσπαθούν ασταμάτητα να ξεκλειδώσουν νέες λειτουργίες για ένα πιο προχωρημένο μέλλον.
Μόλις λίγες εβδομάδες πριν, επιστήμονες υλικών από το Rice University δημιούργησαν ένα αληθινό 2D υβρίδιο4 ενσωματώνοντας χημικά το γραφένιο και το πυριτικό γυαλί, δύο θεμελιωδώς διαφορετικά 2D υλικά, σε μία ένωση που ονομάστηκε glaphene.
According to the study’s first author, Sathvik Ajay Iyengar:
«Οι στρώσεις δεν απλώς ακουμπούν η μία πάνω στην άλλη — τα ηλεκτρόνια κινούνται και σχηματίζουν νέες αλληλεπιδράσεις και καταστάσεις δόνησης, δίνοντας ιδιότητες που κανένα από τα υλικά δεν έχει μόνο του.»
Σε αυτή τη διαηπειρωτική προσπάθεια, αναπτύχθηκε μια μέθοδος δύο βημάτων, μιας αντίδρασης, για την ανάπτυξη του glaphene χρησιμοποιώντας ένα υγρό χημικό πρόδρομο που περιέχει τόσο άνθρακα όσο και πυρίτιο. Η ρύθμιση των επιπέδων οξυγόνου κατά τη θέρμανση τους επέτρεψε πρώτα την ανάπτυξη του γραφενίου και στη συνέχεια τη μεταβολή των συνθηκών υπέρ της δημιουργίας της στρώσης πυριτικού γυαλιού.
Σημαντικό είναι ότι η μέθοδος μπορεί να εφαρμοστεί σε ευρύ φάσμα 2D υλικών, ανοίγοντας το δρόμο για την ανάπτυξη προσαρμοσμένων 2D υλικών για επόμενης γενιάς ηλεκτρονικά και κβαντικές συσκευές.
Επιστήμονες στην Κορέα έχουν επίσης αξιοποιήσει 2D ημιαγωγικά υλικά για να ανακαλύψουν μια νέα κβαντική κατάσταση5 που μπορεί να τροφοδοτήσει πιο σταθερούς κβαντικούς υπολογιστές. Η νέα κβαντική κατάσταση μπορεί επίσης να αξιοποιηθεί σε ένα 2D ημιαγωγικό τσιπ για τον πιο αξιόπιστο έλεγχο της κβαντικής πληροφορίας.
Μικροσκοπικά υλικά οδηγούν σε μεγάλες προόδους στην κβαντική υπολογιστική εδώ και κάποιο χρόνο, και η τελευταία έρευνα από το Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST) ανοίγει δρόμους για νέες επαναρυθμιζόμενες συσκευές αποθήκευσης δεδομένων.
«Ανακαλύψαμε μια νέα κβαντική κατάσταση, γνωστή ως κατάσταση σύνθεσης εξιτόν‑Φλοκέτ, και προτείναμε έναν νέο μηχανισμό για κβαντική εμπλοκή και εξαγωγή κβαντικής πληροφορίας. Αυτό αναμένεται να προωθήσει την έρευνα στην τεχνολογία κβαντικής πληροφορίας σε δισδιάστατους ημιαγωγούς.»
– Jaedong Lee of DGIST
Τον περασμένο χρόνο, επιστήμονες από το JMU Würzburg και το TU Dresden, εν τω μεταξύ, ανάπτυξαν μια προστατευτική επίστρωση για 2D κβανικά υλικά ώστε να τα προστατεύει από περιβαλλοντικές επιδράσεις χωρίς να θυσιάζει τις επαναστατικές τους ιδιότητες.
Οι επιστήμονες είχαν προηγουμένως ανακαλύψει ότι εξαιρετικά λεπτοί κβαντικοί ημιαγωγοί απαιτούν εξειδικευμένο εξοπλισμό υψηλού κενού και συγκεκριμένο υλικό υποστρώματος. Η χρήση 2D υλικού σε ηλεκτρονικά εξαρτήματα σημαίνει αφαίρεση από το περιβάλλον του κενού, αλλά ακόμη και μια σύντομη έκθεση στον αέρα οδηγεί σε οξείδωση και καταστροφή των ιδιοτήτων του, «καθιστώντας το άχρηστο».
Έτσι, η ομάδα βρήκε μια μέθοδο για την προστασία της ευαίσθητης στρώσης από περιβαλλοντικά στοιχεία χρησιμοποιώντας μια προστατευτική επίστρωση. Μετά από δύο χρόνια, πέτυχαν. Η ομάδα χρησιμοποίησε προηγμένα εξοπλισμούς υπερυψηλού κενού για να πειραματιστεί με τη θέρμανση του πυριτικού καρβιδίου ως υπόστρωμα για το indenene.
Η ομάδα βλέπει ότι αυτό ανοίγει το δρόμο για εφαρμογές που περιλαμβάνουν εξαιρετικά ευαίσθητα ατομικά στρώματα ημιαγωγών. Η ομάδα τώρα εντοπίζει περισσότερα υλικά van der Waals για να λειτουργήσουν ως προστατευτικές στρώσεις.
Επένδυση στην Τεχνολογία 2D Ημιαγωγών
Εργαζόμενη ενεργά για την αντιμετώπιση των προκλήσεων της μείωσης των διαστάσεων των τρανζίστορ, Applied Materials (AMAT ) διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη και κλιμάκωση των 2D ημιαγωγών. Είναι στην πραγματικότητα μία από τις λίγες εταιρείες που βρίσκονται σε θέση να επιτρέψουν τη βιομηχανική μετάβαση στην παραγωγή 2D ημιαγωγών μέσω του εξοπλισμού κατασκευής και της χημείας διαδικασιών.
Η απόδοση της αγοράς της Applied Materials, με κεφαλαιοποίηση $137 δισεκατομμυρίων, δείχνει επίσης μια ισχυρή ανοδική τάση.
Applied Materials (AMAT )
Αυτή τη στιγμή, οι μετοχές της Applied Materials διαπραγματεύονται στα $170,50, με άνοδο 4,9 % από την αρχή του έτους και με πτώση μόνο 33,6 % από το υψηλότερο σημείο (ATH) που έφτασε το περασμένο καλοκαίρι. Το EPS (TTM) είναι 8,21, και το P/E (TTM) είναι 20,78, ενώ η απόδοση μερισμάτων είναι 1,08 %.
Όσον αφορά τα οικονομικά της εταιρείας, η Applied Materials ανέφερε έσοδα $7,10 δισεκατομμύρια, αύξηση 7 % ετησίως, για το δεύτερο τρίμηνο που έληξε στις 27 Απριλίου 2025.
Αυτή η «ισχυρή απόδοση» παραδόθηκε «παρά το δυναμικό οικονομικό και εμπορικό περιβάλλον», δήλωσε ο Brice Hill, Ανώτερος Αντιπρόεδρος και CFO. Η εταιρεία ανέφερε επίσης ότι δεν υπήρξαν σημαντικές αλλαγές στη ζήτηση των πελατών.
AMAT Διάγραμμα τιμής
Το GAAP περιθώριο κέρδους ήταν 49,1 % και το μη‑GAAP περιθώριο κέρδους 49,2 %, ενώ το GAAP EPS αυξήθηκε 28 % στα $2,63 και το μη‑GAAP EPS αυξήθηκε 14 % στα $2,39. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η εταιρεία δημιούργησε $1,57 δισεκατομμύρια ταμειακές ροές από τις λειτουργίες και διανέμει $2 δισεκατομμύρια στους μετόχους μέσω $325 εκατομμυρίων μερισμάτων και $1,67 δισεκατομμυρίων επαναγοράς μετοχών.
«Οι ευρείες δυνατότητες και το συνδεδεμένο χαρτοφυλάκιο προϊόντων της Applied Materials οδηγούν σε ισχυρά αποτελέσματα το 2025 μέσα σε ένα εξαιρετικά δυναμικό μακροοικονομικό περιβάλλον.»
– CEO Gary Dickerson
Τόνισε ότι η υψηλής απόδοσης και ενεργειακά αποδοτική AI υπολογιστική συνεχίζει να είναι ο κύριος οδηγός της καινοτομίας στα ημιαγωγά.
Τελευταία Νέα και Εξελίξεις για τις Μετοχές της Applied Materials (AMAT)
Συμπέρασμα
Κατασκευάζοντας τους πρώτους λειτουργικούς υπολογιστές CMOD εξ ολοκλήρου από ατομικά λεπτά 2D υλικά, οι ερευνητές όχι μόνο αμφισβήτησαν τη μακρά κυριαρχία του πυριτίου στην ηλεκτρονική, αλλά παρουσίασαν επίσης μια λύση στο υπάρχον πρόβλημα της δημιουργίας μικρότερων, ταχύτερων και καλύτερων ηλεκτρονικών συσκευών.
Περισσότερα από 2.000 τρανζίστορ που κατασκευάστηκαν από την ομάδα είναι ικανά να εκτελούν λογικές λειτουργίες σε έναν υπολογιστή, αφαιρώντας την ανάγκη για παραδοσιακό πυρίτιο.
Παρόλο που βρίσκεται ακόμη σε πρώιμο στάδιο, η πρόοδος δείχνει ένα συναρπαστικό μέλλον όπου υψηλής απόδοσης, πιο ενεργειακά αποδοτικά και πιο λεπτά ηλεκτρονικά, τροφοδοτούμενα από υλικά ενός μόνο ατόμου, θα γίνουν η νέα πραγματικότητα.
Μελέτες που Αναφέρονται:
1. Ghosh, S.; Zheng, Y.; Rafiq, M.; et al. Ένας Συμπληρωματικός Υπολογιστής Μίας Εντολής Βασισμένος σε Δισδιάστατο Υλικό. Nature 2025, 642 (12), 327–335. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08963-7
2. Ao, M.; Zhou, X.; Kong, X.; et al. Ένας 32‑bit Μικροεπεξεργαστής RISC‑V Βασισμένος σε Δισδιάστατους Ημιαγωγούς. Nature 2025, 640 (17), 654–661. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08759-9
3. Li, J.; Yuan, Y.; Cao, W.; Deng, B.; Li, C.; Cheng, Z.; Wang, H.; Hu, W.; Xu, H. Q.; Wang, L. Προγραμματιζόμενα PN Διόδους σε Δισδιάστατα Ημιαγωγικά Τρανζίστορ. Nano Lett. 2025, 25 (12), 5049–5056. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c00919
4. Iyengar, S. A.; Tripathi, M.; Srivastava, A.; Biswas, A.; Gray, T.; Terrones, M.; Dalton, A. B.; Pimenta, M. A.; Vajtai, R.; Meunier, V.; Ajayan, P. M. Glaphene: Μία Υβριδική Σύνθεση 2D Σιλικόπυριτικού Γυαλιού και Γραφενίου. Adv. Mater. 2025, Δημοσιεύτηκε Online 28 Μαΐου 2025. https://doi.org/10.1002/adma.202419136
5. Park, H.; Park, N.; Lee, J. Νέες Κβαντικές Καταστάσεις Συνθέσεων Εξιτόν‑Φλοκέτ: Εμπλοκή Ηλεκτρονίου‑Οπής και Πληροφορία. Nano Lett. 2024, 24 (42), 13192–13199. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c03100
