Почему процессоры не будут сделаны из графена

Если вы следите за многими техническими кругами, вы, возможно, видели графен (сверхтонкий слой углерода, расположенный таким образом, что он имеет электрические свойства, близкие к чудодейственным), который довольно часто появлялся в новостях. bit, получив аплодисменты по поводу его чрезвычайно жидкой электропроводности и возможных применений в нескольких различных технологиях. О чем вы мало слышали, так это об уродливой части графена: невозможно построить полупроводниковые транзисторы из материала в его нынешнем виде, поскольку в нем нет электрической запрещенной зоны, о которой можно было бы говорить. Если это звучит сбивающе с толку, ничего страшного. Вот для чего эта статья!

Band Gap? Это что?

цпуграфен-запрещенная зона

Запрещенная зона - это крошечное пространство между зоной проводимости и валентной зоной, которое говорит нам, на каком уровне ток действительно будет течь между ними. Это похоже на маленького привратника, который держит электрический заряд в одном месте, пока его не выключат. Практически все микросхемы в компьютерах сделаны из полупроводникового материала, что означает, что он имеет умеренную запрещенную зону, из-за которой он не проводит электричество так быстро и не отклоняет каждый электрический заряд. Это связано с основной молекулярной структурой, поэтому для создания чипа требуется немало химии.

Очень большие зазоры существуют в таких материалах, как резина, которые настолько сопротивляются электрическим токам, что скорее воспламенится, чем сохранят заряд. Вот почему вы используете резину, чтобы изолировать провода внутри кабелей. Материалы с незначительной шириной запрещенной зоны известны как проводники, а материалы с практически нулевой запрещенной зоной - как сверхпроводники.

Сегодня большинство микросхем изготовлено из кремния, который служит очень прочным и надежным полупроводником. Помните, нам нужны полупроводники, которые можно быстро включать и выключать по желанию, а не сверхпроводники, которые потеряют свой заряд, как только браслет перестанет его снабжать.

Почему графен не подходит для создания чипов?

cpugraphene-чипсы

Как я упоминал ранее, графен - чрезвычайно эффективный проводник электричества, но не более того. Он может толкать заряд с невероятной скоростью, но не может его удержать. В двоичной системе вам может потребоваться сохранить данные, чтобы ваши запущенные программы не закрывались сразу после открытия. Например, в микросхеме ОЗУ важно гарантировать, что данные внутри нее могут оставаться на месте и оставаться доступными для чтения в обозримом будущем. Когда транзистор находится во включенном состоянии, он регистрирует "1". В состоянии "выключено" он регистрирует "0". Сверхпроводник не сможет "выключиться", потому что разница между напряжением "включено" и "выключено" настолько мала (из-за крошечной запрещенной зоны, о которой я упоминал ранее).

Нельзя сказать, что графену не нашлось бы места в современном компьютере. Его, безусловно, можно использовать для быстрой доставки информации из одной точки в другую. Кроме того, если дополнить его другими технологиями, мы могли бы увидеть использование графена в транзисторах в какой-то момент в будущем. Вопрос о том, будет ли это эффективным вложением капитала, зависит от отрасли.

Есть еще один материал!

Одна из проблем силикона - его негибкость при работе с ультратонкими поверхностями. Кусок силикона мог быть только настолько тонким, чтобы он работал. Вот почему мы в первую очередь изучали возможность использования графена (его толщина составляет один атом). Поскольку графен может оказаться малообещающим без вложений в его разработку кучу денег, ученые начали пробовать другие материалы, одним из которых является трисульфид титана (TiS3). Материал не только способен функционировать даже при толщине одиночной молекулы, но также имеет запрещенную зону, очень похожую на ширину запрещенной зоны кремния.

Это имеет далеко идущие последствия для миниатюрных технологических продуктов, которые содержат огромное количество оборудования в очень ограниченном пространстве. Более тонкие материалы также будут более эффективно рассеивать тепло, что делает их подходящими для больших энергоемких компьютеров.

Теперь ваша очередь поделиться своим мнением о поисках замены кремния. Оставьте комментарий ниже со своими мыслями!

4 комментария

  1. К сожалению, титан присутствует в земной коре в *** *** гораздо меньших количествах, чем кремний. Если мы представим себе использование его в полупроводниках с той же скоростью, с которой в настоящее время используется кремний (не говоря уже о приложениях в аэрокосмической отрасли и т. Д.), У нас может буквально закончиться титан. Даже если мы переработаем старые чипы со 100% восстановлением титана, нам может не хватить этого.

    В глобальной цивилизации Земля - ​​конечный ресурс.

    Таким образом, долговечность TiS3 может повлиять на эффективную добычу титана из космических источников.


    Количество Si, используемого для компьютерных микросхем, всегда будет больше, чем использование TiS3. Это связано с тем, что Si нельзя использовать, если его уменьшить до толщины в одну молекулу, в то время как TiS3 может. В земной коре Ti меньше, чем Si, но TiS3 будет меньше использоваться в компьютерных частях, чем Si. Кроме того, из-за более высокой проводимости чипы, сделанные из TiS3, будут меньше, чем обычные чипы Si, выпускаемые прямо сейчас. Размер микросхем, изготовленных из TiS3, в сочетании с минимальным количеством его, используемого в каждом чипе, фактически сделает так, что количество используемого Ti, возможно, будет в несколько сотен раз меньше, чем использование Si для компонентов компьютера.

    1. Я бы сказал, что утверждение о том, что чипы меньше по размеру, является ложным. Это все равно, что сказать, что микросхемы будут меньше, когда мы перейдем к более мелким производственным размерам, но это не так. Чипы производятся самого большого размера, который может быть, что позволяет им оставаться в рамках ограничений по температуре и мощности и не сталкиваться со слишком большим количеством производственных проблем, потому что люди хотят получить от своих чипов максимальную производительность. Но вдобавок ко всему, появится гораздо больше "микрочипов" в более буквальном смысле, чипов, едва видимых глазу, которые будут использоваться во всех видах потребительских товаров, которые люди выбрасывают.

  2. Привет, вы упомянули "большие энергоемкие компьютеры", если бы титановые чипы были доступны сейчас, каков был бы уровень потребления компьютеров на базе ПК (windows или chrome)? Мне очень любопытно узнать….
    Спасибо за статью.

Комментарии закрыты.