Pekin Üniversitesi'nde (PKU) yürütülen araştırmada, yeni geliştirilen 2D transistörlerin, Intel ve TSMC'nin en gelişmiş 3 nanometre silikon çiplerinden yüzde 40 daha hızlı çalıştığı ve yüzde 10 daha az enerji tükettiği belirtildi. Bu buluşun, Çin'in silikon tabanlı çip üretiminde karşılaştığı zorlukların üstesinden gelmesine yardımcı olabileceği ifade ediliyor.
PKU'nun internet sitesinde yayınlanan resmi açıklamada, "Bu, şimdiye kadar geliştirilen en hızlı ve en verimli transistör" ifadelerine yer verildi. Fiziksel kimya profesörü Peng Hailin liderliğindeki araştırma ekibi, yeni transistör tasarımının yarı iletken teknolojisinde köklü bir değişimi temsil ettiğine inanıyor.
YENİ YAKLAŞIM
Ekip, mevcut çip tasarımlarının sınırlarına dikkat çekerek, mevcut malzemelere dayalı çip yenilikleri 'kısa yol' olarak değerlendiriliyorsa, bu 2 boyutlu malzeme tabanlı transistörün 'şerit değiştirmeye' benzediğini ifade etti.
Yeni transistörler, bizmut bazlı malzemeler kullanılarak geliştirildi ve Intel, TSMC, Samsung ve Belçika Üniversitelerarası Mikroelektronik Merkezi'nin (IMEC) en gelişmiş ticari çiplerinden daha yüksek performans gösterdi. Geleneksel silikon tabanlı transistörlerde görülen minyatürleştirme ve güç verimliliği sorunlarına alternatif bir çözüm sunduğu belirtiliyor.
Araştırmacılar, ABD öncülüğündeki yaptırımların Çin'in en gelişmiş silikon tabanlı transistörlere erişimini kısıtladığını ancak bu durumun Çinli araştırmacıları yeni çözümler bulmaya teşvik ettiğini vurguladı.
BİZMUT İLE YÜKSEK PERFORMANS
Araştırma, ekibin bizmut bazlı malzemeler kullanarak bir kapı-her-etkili alan etkili transistör (GAAFET) geliştirdiğini ortaya koyuyor. Bu tasarım, Intel'in 2011'de ticarileştirdiği ve endüstri standardı haline gelen ‘Fin Field-Effect Transistor’ (FinFET) yapısından önemli bir sapmayı temsil ediyor.
Yeni GAAFET yapısının, FinFET tasarımlarında kullanılan "fin" ihtiyacını ortadan kaldırarak kapı ile kanal arasındaki temas alanını artırdığı belirtildi. South China Morning Post'un haberine göre, araştırmacılar bu değişimi, "elektronların hareketini kolaylaştıran yüksek binaların yerine birbirine bağlı köprülerin yapılması" olarak tanımladı.
PKU ekibi, bu başarıyı bizmut oksit (Bi₂O₂Se) ve bizmut selenit oksit (Bi₂SeO₅) olmak üzere iki özel bizmut bazlı malzeme kullanarak elde etti. Bu malzemeler yüksek dielektrik sabiti sayesinde enerji kaybını azaltırken, voltaj gereksinimlerini düşürüyor ve enerji tüketimini azaltırken hesaplama gücünü artırıyor.
Deneysel transistörler, PKU'nun yüksek hassasiyetli üretim platformunda geliştirildi. Yapılan yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) hesaplamaları, Bi₂O₂Se/Bi₂SeO₅ arayüzünün mevcut yarı iletken-oksit arayüzlerine kıyasla daha az kusura sahip olduğunu ve elektron akışının daha düzgün olduğunu ortaya koydu. Ekip, bu durumun elektronların neredeyse hiç direnç olmadan akmasını sağladığını belirterek, elektronlar, tıpkı suyun pürüzsüz bir borudan geçmesi gibi akıyor şeklinde ifade etti.
ENERJİ VERİMLİLİĞİ
Yeni transistörlerin enerji tüketimlerinin yüzde 90’ında mevcut silikon tabanlı çiplere kıyasla 1,4 kat daha hızlı çalıştığı kaydedildi. PKU ekibi, şimdi bu transistörleri kullanarak küçük mantık devreleri inşa etmeyi başardı. Ultra düşük çalışma voltajlarında yüksek voltaj kazancı sağlandığı ifade edildi.
Araştırma ekibi, şimdi bu teknolojiyi daha geniş ölçekte üretmek için çalışmalara başladı. Bu yeniliğin, Çin’in yarı iletken teknolojisinde bağımsızlığını güçlendirebileceği ve küresel çip yarışında yeni bir dönem başlatabileceği belirtiliyor.
