מדעני יבמ מגייסים ננו-צינוריות פחמן לכיווץ המגעים בין טרנזיסטורים

מדעני הענק הכחול הכריזו על פריצת דרך הנדסית משמעותית, שעשויה להאיץ את החלפת הטרנזיסטורים מסיליקון בננו-צינוריות פחמן, אשר יהוו את ליבת טכנולוגיית המחשוב העתידית.

המדענים מצאו דרך חדשה לכווץ את המגעים של הטרנזיסטורים, מבלי לפגוע בביצועים של מכשירים המופעלים על ידי ננו-צינוריות פחמן. בכך נפתחה דרך חדשה ליצירת שבבי מחשב מהירים, קטנים וחזקים יותר באופן דרמטי – מעבר ליכולות של המוליכים למחצה המסורתיים.

התוצאות פורסמו בגיליון אוקטובר של הירחון Science.

ננו-צינוריות פחמן מייצגות סוג חדש של חומרים מוליכים למחצה, המכילים שכבה אטומית בודדת של פחמן, המקופלת לכדי צינורית. ננו-צינוריות הפחמן יוצרות את ליבת הטרנזיסטור, שתכונותיו החשמליות המשופרות יספקו מספר דורות של שדרוג טכנולוגי – מעבר למגבלות הפיזיות של הסיליקון.

על פי יבמ (IBM), "בפריצת דרך זו התגברה החברה על מכשול מרכזי שניצב בפני הניסיונות למזעור הטכנולוגיה". זאת, כי שני גורמים משפיעים על גודלם של הטרנזיסטורים: הערוץ ושני המגעים שלו. ככל שהמכשירים נעשו קטנים יותר, העלייה בהתנגדות המגעים של ננו-צינוריות פחמן פגעה בביצועים שהושגו עד כה. התוצאות שהושגו במחקר זה עשויות לסייע בהתגברות על הבעיות שבהתנגדות מגעים עד לצמתים בגודל 1.8 ננו-מטר – טכנולוגיה שנמצאת במרחק ארבעה דורות מהטכנולוגיה הנוכחית.

מגיעים אל גבול יכולת המזעור

שבבים עם ננו-צינוריות פחמן יכולים לשפר באופן ניכר את היכולות של מחשבים חזקים במיוחד, לאפשר ניתוח מהיר יותר של נתוני Big Data, להגדיל את העוצמה ואת חיי הסוללה של מכשירים ניידים ושל האינטרנט של הדברים – ולאפשר למרכזי מידע בענן לספק שירותים באופן יעיל וחסכוני יותר.

טרנזיסטורים מסיליקון, שהינם מתגים זעירים המעבירים מידע על גבי שבב, מוזערו במשך השנים, אך הם מגיעים כעת אל גבול יכולת המזעור שלהם. מכיוון שחוק מור מגיע אל סוף דרכו, הקטנת גודלו של הטרנזיסטור – כולל גודלם של הערוצים והמגעים – מבלי לפגוע בביצועים, היוותה בעיה מורכבת, שהעסיקה חוקרים במשך עשרות שנים.

בעבר, מדעני הענק הכחול הוכיחו כי טרנזיסטורים מננו-צינוריות פחמן יכולים להפעיל מתגים מצוינים במימדי ערוץ קטנים מעשרה ננו-מטר – עובי דק יותר פי עשרת אלפים משערה אנושית, ופחות ממחצית מטכנולוגיית הסיליקון המתקדמת ביותר של ימינו. הגישה החדשה של יבמ למגעים, מתגברת על המשוכה העיקרית השנייה, של שילוב ננו-צינוריות פחמן במכשירי מוליכים למחצה. זה דבר שיכול להוביל לשבבים קטנים יותר, עם ביצועים טובים יותר וצריכת אנרגיה נמוכה יותר.

על פי יבמ, חידושים אלה בתחום השבבים נחוצים כדי לעמוד בדרישות ההנדסיות של מחשוב ענן, האינטרנט של הדברים ומערכות Big Data. ככל שטכנולוגיית הסיליקון מתקרבת למגבלותיה הפיזיות, יש להכין חומרים ומכשירים חדשים וארכיטקטורות מעגלים חדשות, כדי ליצור את הטכנולוגיות החדשות, שיידרשו בעידן המחשוב הקוגניטיבי. פריצת דרך זו מראה, כי שבבי המחשב עשויי ננו-צינוריות הפחמן יוכלו להפעיל את מערכות העתיד – מוקדם מהצפוי.

ביולי השנה יבמ הודיעה יחד עם שותפיה כי פיתחה וייצרה את השבב הראשון בעולם לצרכי בדיקות, בטכנולוגיית 7 ננו-מטר, הכולל טרנזיסטורים עובדים. הפיתוח המפתיע בא בשל השקעה, עליה הכריז הענק הכחול לפני שנה, של שלושה מיליארד דולר למשך חמש שנים במחקר ופיתוח של שבבים. ביבמ קיוו למצוא דרכים חדשות למזעור של שבבי סיליקון ולצמצום צריכת החשמל שלהם. פיתוח טכנולוגיית 7 ננו-מטר מוכחת היווה את אחד האתגרים הגדולים של תעשיית השבבים. ככזה, הוא דרש מהחוקרים להתעלם מהתפיסות הנהוגות בייצור מוליכים למחצה.

טכנולוגיית 7 ננו-מטר נשארה עד עתה מחוץ להישג יד בגלל כמה מכשולים טכנולוגיים יסודיים. למעשה, רבים הטילו ספק האם ניתן יהיה בכלל לקבל שיפור ביצועים מטכנולוגיה עם מימדים כה קטנים.