Китайские учёные создали 2D-транзистор, превосходящий аналоги Intel и Samsung

Используя бисмут оксиселенид (Bi₂O₂Se), китайские исследователи создали транзистор, который работает быстрее и потребляет меньше энергии, чем современные аналоги.

Исследовательская группа Пекинского университета представила результаты разработки первого в мире 2D-транзистора GAAFET, не содержащего кремния. Это устройство, созданное на основе бисмута (bismuth), считается самым быстрым и энергоэффективным транзистором на сегодняшний день. Исследование, опубликованное в журнале Nature, возглавляли профессора Пэн Хайлин (Peng Hailin) и Цю Чэнгуан (Qiu Chenguang).

как собщает Tom's Hardware, команда из Пекина разработала «многослойную структуру GAAFET на основе монокристаллического двухмерного материала в масштабе пластины». Этот транзистор превосходит существующие технологии по скорости и эффективности. «Это самый быстрый и эффективный транзистор из когда-либо созданных, — заявил Пэн. — Если инновации в чипах на основе существующих материалов можно назвать коротким путём, то наша разработка транзисторов на основе двухмерных материалов — это как смена полосы движения», — говорится в заявлении на сайте Пекинского университета.

Исследователи утверждают, что их транзистор был протестирован для сравнения с продуктами таких компаний, как Intel, TSMC и Samsung. При одинаковых условиях эксплуатации устройство показало лучшие результаты, чем кремниевые аналоги мировых лидеров полупроводниковой отрасли.

Чтобы понять суть разработки, стоит разобраться в технологии GAAFET. Транзисторы с охватывающим затвором (gate-all-around field-effect transistors, GAAFET) представляют собой следующее поколение после MOSFET и FINFET. Эволюция транзисторов связана с улучшением контроля взаимодействия источника и затвора. В частности, MOSFET имеет контакт затвора с источником в одной плоскости, FINFET — в трёх, а GAAFET полностью окружает источник затвором, что и отражено в названии. Для сравнения можно привести схему от Samsung, где также представлена их версия GAAFET — MBCFET.

Отметим, что технология GAAFET сама по себе не нова и уже используется для производства микрочипов на техпроцессах 3 нм и ниже. Однако ключевая инновация Пекинского университета заключается в двухмерной структуре транзистора, реализованной благодаря использованию материала, отличного от кремния. Вместо традиционного кремния учёные применили бисмут оксиселенид (Bi₂O₂Se), который давно изучается для применения в техпроцессах менее 1 нм.

Bi₂O₂Se — это полупроводниковый материал, который обладает свойствами двухмерного полупроводника. Такие материалы более гибкие и прочные в малых масштабах по сравнению с кремнием, который теряет подвижность носителей заряда уже на уровне 10 нм. Переход от кремния к бисмуту и создание многослойных двухмерных транзисторов на фоне санкций и ограничений со стороный США открывают новые перспективы для полупроводниковой отрасли, особенно для Китая, стремящегося занять лидирующие позиции в этой сфере.

Китай оказался отрезан от доступа к передовым инструментам, таким как EUV-литография, необходимым для производства чипов на современных техпроцессах, которые уже почти десятилетие используются в других странах. В ответ Китай активно инвестирует в исследования, которые позволят не просто догнать конкурентов, а совершить технологический скачок. Двухмерные GAAFET-транзисторы — это один из примеров таких усилий.

Источник: Tom's Hardware