Teadlased on loonud kiipide jaoks uue materjali, milles liigub elekter ebatavaliselt kergesti. See on valmistatud germaaniumist – väga õhukesest kihist, mis on asetatud räni peale. See võib oluliselt muuta seda, kuidas tulevikus luuakse kiiremaid ja energiasäästlikumaid arvuteid.
Räni piirid ja uue materjali otsing
Räni on pikka aega olnud peamine materjal arvutikiipide tootmisel. Kiibid muutuvad aga üha väiksemaks, vajavad rohkem energiat ja kuumenevad rohkem. Seetõttu otsivad tootjad järjest aktiivsemalt alternatiivset materjali, mis võimaldaks tehnoloogial edasi areneda.
Germaaniumi kasutati juba aastakümneid tagasi esimestes transistorites. See juhib elektrit paremini kui räni, kuid oli pikka aega liiga kallis ja tootmises keeruline. Nüüd on uus uurimus näidanud, et germaaniumi saab edukalt ühildada olemasoleva räni tootmisega.
Kuidas uus materjal loodi?
Teadlased kasutasid tavalist räni alusena ning kasvatasid selle peale üliõhukese germaaniumikile. Seejärel suruti seda kihti õrnalt kokku nii, et aatomid paigutuksid ühtlasemalt ja korrapärasemalt. Tulemuseks oli väga puhas ja ühtlane materjal, peaaegu ilma struktuurivigadeta.
Oluline on, et see meetod sobilub olemasolevatele tootmisliinidele. Teisisõnu, germaaniumi kasutuselevõtuks pole vaja ehitada täiesti uusi tehaseid. See vähendab kulusid ja lähendab tehnoloogiat reaalsele kasutusele. Nii muutub germaanium taas tõsiseks kandidaadiks tulevaste kiipide jaoks.
Mis teeb selle materjali eriliseks?
Katsete käigus selgus, et elekter liigub selles germaaniumis peaaegu takistusteta. Laengukandjate liikumiskiirus oli suurem kui üheski sarnases materjalis, mida seni on uuritud. Lihtsamalt öeldes: elekter voolab siin väga sujuvalt, nii et signaalid saavad kiibil kiiremini levida.
See tähendab, et tuleviku kiibid suudavad teha rohkem tööd väiksema energiakuluga. Väiksemad kadudest tingitud soojushulgad tähendavad ka vähemat kuumenemist, mis on eriti oluline telefonides, sülearvutites ja serverites. Andmekeskused kasutavad tänapäeval tohutul hulgal elektrit, mistõttu isegi väike tõus energiatõhususes võib anda väga suure kokkuhoiu.
Miks on see tähtis kvantarvutite jaoks?
Huvitav on ka see, et uus materjal töötab väga hästi väga madalatel temperatuuridel. Sellised tingimused on vajalikud kvantarvutite jaoks, mis on alles arenduse algusjärgus. Seetõttu võib germaanium räni peal kujuneda usaldusväärseks platvormiks kvantarvutite komponentidele.
See avastus avab ukse nii lihtsamale kui ka täiesti uuele, väga arenenud elektroonikale. Üks suund on kiired protsessorid, mis kuumenevad vähem ja töötavad ühe laadimisega kauem. Teine suund on uue põlvkonna kvantseadmed, mis vajavad erakordselt puhtaid ja stabiilseid materjale.
Kui seda tehnoloogiat suudetakse edasi arendada ja tööstuslikult rakendada, võib germaaniumist saada üks olulisemaid materjale tuleviku arvutite ja kvantsüsteemide jaoks.
