Группа под руководством исследователей из Университета штата Пенсильвания использовала двумерные (2D) материалы толщиной всего в один атом для разработки компьютера, способного выполнять простые операции. По их словам, такая разработка представляет собой большой скачок к реализации более тонкой, быстрой и энергоэффективной электроники.
Исследователи создали комплементарный металл-оксид-полупроводниковый (КМОП) компьютер без использования кремния. Вместо этого они использовали два разных двумерных материала для разработки двух типов транзисторов, необходимых для управления электрическим током в КМОП-компьютерах: дисульфид молибдена для транзисторов n-типа и диселенид вольфрама для транзисторов p-типа.
«Кремний на протяжении десятилетий обеспечивал выдающиеся достижения в области электроники, позволяя непрерывно миниатюризировать полевые транзисторы (FET)», — сказал Саптарши Дас, профессор инженерии Экли и профессор инженерных наук и механики в Университете штата Пенсильвания, который руководил исследованием. FET управляют током с помощью электрического поля, которое создается при подаче напряжения. «Однако по мере сжатия кремниевых устройств их производительность начинает ухудшаться. Двумерные материалы, напротив, сохраняют свои исключительные электронные свойства при толщине в атом, предлагая многообещающий путь вперёд», — пояснил он.
Дас объяснил, что технология КМОП требует полупроводников n-типа и p-типа — ключевая проблема, которая застопорила усилия по выходу за рамки кремния. Хотя ранее исследователи продемонстрировали небольшие схемы на основе 2D-материалов, масштабирование до сложных функциональных компьютеров оставалось сложной задачей, сказал он.
«Мы впервые продемонстрировали КМОП-компьютер, полностью построенный из 2D-материалов, объединяющий транзисторы на основе дисульфида молибдена и диселенида вольфрама на большой площади»», — заявил Дас. Команда использовала метод химического осаждения из паровой фазы металлоорганических соединений (MOCVD) — процесс изготовления, включающий испарение ингредиентов, форсирование химической реакции и осаждение продуктов на подложку — для выращивания дисульфида молибдена и диселенида вольфрама и изготовления более 1000 транзисторов каждого типа. Тщательно настраивая этапы изготовления устройства и постобработки, они смогли отрегулировать пороговые напряжения транзисторов как n-, так и p-типа, что позволило создать полностью функциональные логические схемы КМОП.
«Наш 2D-компьютер работает при низком напряжении питания с минимальным энергопотреблением и может выполнять простые логические операции на частотах до 25 килогерц», — рассказал автор разработки Субир Гош.
По его словам, рабочая частота ниже по сравнению с обычными кремниевыми КМОП-схемами. «Мы также разработали вычислительную модель, откалиброванную с использованием экспериментальных данных и включающую различия между устройствами, чтобы спрогнозировать производительность нашего 2D-компьютера и сравнить её с современной кремниевой технологией», — сказал Гош.
Дас добавил, что «кремниевая технология находится в стадии разработки около 80 лет, но исследования 2D материалов относительно недавние, а по-настоящему направление начало развиваться только около 2010 года».
Между тем австралийская Cortical Labs представила систему CL1 или «синтетический биологический интеллект» (SBI). Это первый в мире «биологический компьютер», который объединяет клетки человеческого мозга с кремниевым оборудованием для формирования нейронных сетей.
Источник: habr.com