שמירה על קצב עם חוק מור עם סבסטרטים פעילים וחישוב נוירומורפי

טרנזיסטורים חדשים נדרשים

תעשיית הסמיקונדוקטורים גדלה בחשיבות במהלך העשורים האחרונים, ממחשבים מרכזיים תעשייתיים לחלק אינטגרלי של כמעט כל מכונה והתקן היום.
הצמיחה הזו הונעה על ידי הסמיקונדוקטורים ההולכים וגדלים בסיבוכיות ובמיניאטוריזציה. עם זאת, בגלל התכונות הפיזיקליות הבסיסיות של צורן, סמיקונדוקטורים המבוססים על צורן מתחילים להגיע לכמה גבולות.
במזל, צורן הוא לא החומר היחיד המציג תכונות סמיקונדוקטור, כלומר היכולת לעבור ממצב שבו הוא פועל כמבודד (אינו מאפשר זרימת חשמל) למצב שבו הוא פועל כמוליך (מאפשר זרימת חשמל).
מחקר חדש מגלה תובנות חדשות לגבי הפיזיקה הבסיסית של חומרים סמיקונדוקטורים חדשניים כגון דו-תחמוצת ונדיום ותכונות סמיקונדוקטור שלא נחשדו קודם לכן של דו-תחמוצת טיטניום.
המחקר בוצע על ידי מאמץ מחקר רב-תחומי שבוצע על ידי חוקרים באוניברסיטת פנסילבניה, אוניברסיטת קורנל, מעבדה לאומית ארגון, מכון הטכנולוגי של ג’ורג’יה ומכון פאול דרודה לאלקטרוניקה מוצקה בברלין, גרמניה.

ונדיום וחוק מור

מה שהופך את דו-תחמוצת ונדיום למועמד מרכזי לטכנולוגיית סמיקונדוקטורים חדשה היא היכולת של ונדיום לעבור בין מתכת – המצב “1” – למבודד – המצב “0” – בתוך טריליונית של שנייה.
זהו תופעה הידועה בשם “עובר מעבר מתכת-מבודד.” מהירות המעבר המתכת-מבודד צריכה לאפשר אלקטרוניקה מהירה וקטנה יותר בהשוואה לאלקטרוניקה קלאסית המבוססת על צורן.
זה חיוני אם רוצים לראות את תעשיית הסמיקונדוקטורים ממשיכה לעמוד בחוק מור.
חוק מור, שנוסח ב-1965, הוא החוק האמפירי שתעשיית הסמיקונדוקטורים מגדילה את מספר הטרנזיסטורים על גבי שבב ב-100% כל שנתיים. זה נשאר נכון לאורך עשורים, אך הגבולות הבסיסיים על שבבים מבוססי צורן משמעות שחומרים חדשים יידרשו בקרוב כדי לשמור על חוק מור.
חוק מור הוא יישום של חוק רייט מ-1936, הקובע כי עלויות ייצור יורדות עד 15% עבור כל הכפלה בייצור (תחילה פותח עבור תעשיית התעופה).
חוק רייט הוא יותר חוק הנוגע לכלכלת הקנה ויעילות תעשייתית כאשר מגבירים את הייצור. לעומת זאת, חוק מור הוא יותר על חדשנות טכנולוגית ונעה על ידי התקדמות בהבנת פיזיקה בסיסית והנדסת ננו-מטר.

תובנות חדשות

שיטות מתקדמות

עד עכשיו, דו-תחמוצת ונדיום נותחה ונצפתה רק כרכיב בודד. בעוד שזה היה שימושי, הדבר הגביל את ההבנה של מה שיקרה בפועל בסמיקונדוקטור המבוסס על דו-תחמוצת ונדיום.
בפרסומם ב-“In-Operando Spatiotemporal Imaging of Coupled Film-Substrate Elastodynamics During an Insulator-to-Metal Transition”, החוקרים עשו מספר גילויים חדשים.
הם השתמשו במיקרוסקופיה של עקיפת קרני רנטגן כדי לצפות בשינויים בזמן אמת ובדיוק ברמה האטומית.
והם יישמו את דו-תחמוצת הוונדיום על גבי סבסטרט של דו-תחמוצת טיטניום, כפי שזה היה בשבב סמיקונדוקטור אמיתי, במקום לחקור אותו בבדידות.

מקור: Advanced Materials