Maailman' pienin transistori on 1 nm pitkä, fysiikasta viis

Transistorin koko on tärkeä osa tietotekniikan parantamista. Mitä pienempiä transistorit ovat, sitä enemmän niitä mahtuu sirulle ja sitä nopeampi ja tehokkaampi prosessori voi olla. Siksi on suuri uutinen, että Lawrence Berkeleyn kansallisen laboratorion ryhmä on onnistunut rakentamaan toimivan 1 nanometrin pituisen transistoriportin, jota laboratorio väittää pienimmäksi koskaan valmistetuksi toimivaksi transistoriksi.

Vuosien ajan tietokoneteollisuutta on hallinnut Mooren laki, jonka mukaan transistorien määrä puolijohdepiirissä kaksinkertaistuu kahden vuoden välein. Nykyisen sukupolven teknologia käyttää 14 nm:n mittakaavan teknologiaa, ja 10 nm:n puolijohteita odotetaan julkaistavaksi vuonna 2017 tai 2018 tuotteissa, kuten Intelin Cannonlake-sarjassa.

Mutta kun katsotaan tulevaisuuteen, Mooren laki alkaa ajautua ongelmiin. Ja ongelmilla tarkoitan fysiikan lakeja. Katsos, vaikka 7 nm:n solmu on teknisesti mahdollista tuottaa piillä, tuon pisteen jälkeen tullaan ongelmiin, joissa alle 7 nm:n piitransistorit tulevat fyysisesti niin lähelle toisiaan, että elektronit kokevat kvanttitunnelointia. Sen sijaan, että elektronit pysyisivät aiotussa logiikkaportissa, ne voivat virrata jatkuvasti portilta toiselle, jolloin transistoreiden on käytännössä mahdotonta olla pois päältä -tilassa.

Ja vaikka Intelin kaltaiset yritykset olivat alun perin ilmoittaneet tutkivansa muita materiaaleja 7 nm:n puolijohteiden tuottamiseksi ja sen jälkeen, Berkeley Labin tutkimusryhmä on päihittänyt ne, sillä se on käyttänyt hiilen nanoputkia ja molybdeenidisulfidia (MoS2 ) luodakseen alle 7 nm:n transistorin. MoS2 toimii puolijohteena, ja ontto hiilinanoputki toimii porttina, joka ohjaa elektronien virtausta.

Tämä tutkimus on kuitenkin vielä hyvin alkuvaiheessa. Yksittäisessä 14 nm:n kennossa on yli miljardi transistoria, eikä Berkleyn laboratorion tiimi ole vielä kehittänyt käyttökelpoista menetelmää uusien 1 nm:n transistorien massatuotantoon tai edes kehittänyt niitä käyttävää sirua. Pelkästään konseptin todisteena tulokset ovat kuitenkin tärkeitä – että uudet materiaalit voivat jatkossakin mahdollistaa pienempien transistorikokojen käytön ja sen myötä suuremman tehon ja tehokkuuden tulevaisuuden tietokoneissa.