Grafen som transistor

När jag sade att grafen nog hade ännu större potential än plast när den kom syftade jag bland annat på dess roll som möjlig ersättare för kiseltransistorn. Intel, TSMC, UMC, IBM, GlobalFoundries, Toshiba, Samsung och många fler sliter sitt hår för att kunna pressa ut det sista ur den stackars kiseltransistorn som helt enkelt kommer nå sina begränsningar inom en viss framtid. Vi är nere på portlängder under 20nm och även om Intel hävdar att man ska ta sig ner på 7nm är det efter detta svårt att se hur man ska komma mycket längre med kisel.

Redan idag ser vi rapporter om hur de nya NAND flash-minneskretsarna läcker ström och har dålig hållbarhet. De kan lagra mycket data, visst, men så går de sönder rekordsnabbt också. Man skyfflar över ansvaret på de som tillverkar controller-kretsen istället och hoppas att färre skrivningar ska göra problemet mindre. En tveksam lösning i mina ögon, men å andra sidan kan de inte sluta göra nya produkter.


Toshiba 19nm NAND flash-minne

Problemet är att vi inte har en ersättare redo till kiseltransistorn idag. Vi måste pressa den stackaren till sista svettdroppen annars kommer utvecklingen att stanna av. Det forskas i alternativ, men frågan är hur nära marknaden någon av dessa verkligen är. Inte ens grafen är redo att hoppa in som en ersättare imorgon. Intel avslöjade att deras 22nm-process kommer introducera en tredje dimension med nya FinFET-transistorer. Det kommer för Intels del att leda till stora förbättringar, det undanröjer inte alla de hinder som finns längre fram.

Kiseltransistorn är det som alla system är anpassade till idag och det innebär att en ersättare måste kunna glida in i dessa system relativt omärkbart. Desto bättre ersättaren är desto mer pengar är företag beredda att slänga på den för att anpassa sina system, men det måste finnas en hög grad av kompatibilitet från början annars kommer det krävas enorma investeringar i ny utrustning och frågan är hur många som kommer klara av det.


IBMs grafentransistor vid 240nm nådde 100GHz, ett nytt rekord då.

Kiseltransistorn är en fälteffekttransistor som reglerar flödet av elektroner genom att lägga en spänning över den isolerande elektroden (porten). Grafen har testats som två olika typer av transistorer. Inte bara en fälteffekttransistor utan även en ”ballistisk transistor”4 (ballistic transistor). Istället för portar använder man då magnetfält för att styra flödet av elektroner. Elektronerna knuffas på rätt sida om ett kilformat objekt när de far fram i extremt höga hastigheter.

ballistisktransistor
Ballistisk transistor. Elektronerna a) dirigeras av magnetfältet b)
så att de hamnar på rätt sida om kilen c).

Fördelarna med ballistiska transistorer är högre hastigheter (TeraHertz har diskuterats), mindre brus, lägre strömförbrukning och mindre fysisk storlek. Det är väldigt mycket ett koncept under bearbetning och vi vet inte när vi kan komma se sådana. Utvecklingen går istället mot att använda grafen som en fälteffekttransistor som bygger på dess förmåga att byta egenskaper när en vinkelrät spänning läggs på.

Referenser

4 – Radical ’Ballistic Computing’ Chip Bounces Electrons Like Billiards

Annons

12
Leave a Reply

Please Login to comment
12 Comment threads
0 Thread replies
0 Followers
 
Most reacted comment
Hottest comment thread
12 Comment authors
thisHenrik BerntssonstornbringerAnton KarmehedTempel Recent comment authors
  Subscribe  
senaste äldsta flest röster
Notifiera vid
flopper
Medlem
flopper

Ser med andra ord helsvart ut för framtiden?
😆

-Tjalve-
Gäst
-Tjalve-

Man vill ju bara att det ska komma slutprodukter baserad på detta… nu 🙂

Jacob Hugosson
Medlem

Tack för en strålande artikel Andreas, även jag som följt grafen ett tag har lärt mig en del nytt! Det låter ju verkligen mer som en tidsfråga innan vi går från plaståldern till ”grafenåldern”.

Som sann hårdvaruentusiast borde jag säga att transistorn och elektronik är det som intresserar mig mest men jag tänker allt mer på alla andra användningsområden 😆

jaqob
Medlem
jaqob

Tack för en intressant och läsvärd artikel! En liten kommentar bara angående detta stycket bara. [quote]”Att få Nobelpriset ”bara” 6 år efter att artikeln publicerades är inte unikt, men inte heller vanligt. Det brukar kunna dröja betydligt längre. Gärna ska man ha dött medans man väntat på att någon ska erkänna ens arbete, och då ska det sägas att forskare ofta är seglivade.” [/quote] Jag tolkar det, kanske felaktigt, som att du skriver att man gärna ska ha dött för att få nobelpriset. Detta är väl dock en liten överdrift, då det är (i princip)* omöjligt att få priset postumt.… Läs hela »

-Boris-
Medlem
-Boris-

[quote name=”jaqob”]Tack för en intressant och läsvärd artikel! En liten kommentar bara angående detta stycket bara. [quote]”Att få Nobelpriset ”bara” 6 år efter att artikeln publicerades är inte unikt, men inte heller vanligt. Det brukar kunna dröja betydligt längre. Gärna ska man ha dött medans man väntat på att någon ska erkänna ens arbete, och då ska det sägas att forskare ofta är seglivade.” [/quote] Jag tolkar det, kanske felaktigt, som att du skriver att man gärna ska ha dött för att få nobelpriset. Detta är väl dock en liten överdrift, då det är (i princip)* omöjligt att få priset… Läs hela »

Hans
Medlem
Hans

Väldigt fin artikel och väldigt interessant. *thumbs up*

Dessutom väldigt bra svenska. =)

Tempel
Medlem
Tempel

Sånt här som gör NH så jäkla bra… lite mer lite djupare och mer insatt.

Väldigt bra förklarat!

Anton Karmehed
Admin

Som Jacob sa, mycket lärorikt och intressant även för oss som tycker att man har ganska bra koll på ämnet.
Det ska verkligen bli spännande att se om Grafen kan leva upp till sina potential, bara om man når några så är det ju en stor grej. 🙂

John Svensson
Medlem
John Svensson

Tackar för ett väldigt fint arbete, alltid kul att läsa om teknikens framtida möjligheter.

Vore kul om fler med ”specialkunskap”, följde efter.

Henrik Berntsson
Admin

mycket intressant att kika på grafen lite närmare! bara en sån sak som transistorer i 155 GHz på 40 (!) nm är ju galet redan nu. Hoppas och tror på en riktigt häftig uberdatorkraft i framtiden mha grafen 🙂
tackar för en riktigt fin inblick i ämnet!
edit: självkylande transistorer, tysta datorer till folket 🙂

this
Medlem
this

Så jävla intressant! Mycket bra skrivet dessutom 🙂 NH visar verkligen var skåpet ska stå och får de andra svenska sidorna att blekna.