De kleinste transistor ter wereld is 1 nm lang, natuurkunde kan de pot op

De transistorgrootte is een belangrijk onderdeel van de verbetering van computertechnologie. Hoe kleiner de transistors, hoe meer er op een chip past, en hoe sneller en efficiënter de processor kan zijn. Daarom is het zo’n groot nieuws dat een team van het Lawrence Berkeley National Laboratory met succes een functionele 1 nanometer lange transistorpoort heeft gebouwd, waarvan het lab beweert dat het de kleinste werkende transistor is die ooit is gemaakt.

Jarenlang werd de computerindustrie beheerst door de Wet van Moore, die stelt dat het aantal transistors in een halfgeleiderschakeling elke twee jaar verdubbelt. De huidige generatie technologie maakt gebruik van 14nm-schaaltechnologie, met 10nm-halfgeleiders die naar verwachting in 2017 of 2018 zullen worden uitgebracht met producten zoals Intels Cannonlake-lijn.

Maar als we naar de toekomst kijken, begint de wet van Moore in de problemen te komen. En met problemen, bedoel ik de wetten van de fysica. De 7 nm-grens is weliswaar technisch haalbaar met silicium, maar daarna krijg je problemen: siliciumtransistors kleiner dan 7 nm komen fysiek zo dicht bij elkaar te liggen dat elektronen kwantumtunneling gaan ervaren. Dus in plaats van in de bedoelde logische poort te blijven, kunnen de elektronen voortdurend van de ene poort naar de volgende stromen, waardoor het in wezen onmogelijk wordt voor de transistors om een uit-toestand te hebben.

En terwijl bedrijven als Intel oorspronkelijk hadden aangekondigd dat ze andere materialen zouden onderzoeken voor de productie van 7nm-halfgeleiders en verder, is het onderzoeksteam van Berkeley Lab hen voor geweest door koolstofnanobuisjes en molybdeendisulfide (MoS2 ) te gebruiken om een sub-7nm-transistor te maken. De MoS2 fungeert als halfgeleider, terwijl de holle koolstofnanobuis als poort fungeert om de elektronenstroom te regelen.

Dat gezegd hebbende, is het onderzoek hier nog in een zeer vroeg stadium. Bij 14 nm heeft een enkele matrijs meer dan een miljard transistors, en het Berkley Lab-team moet nog een levensvatbare methode ontwikkelen om de nieuwe 1 nm-transistors in massa te produceren of zelfs een chip ontwikkelen die ze gebruikt. Maar als een bewijs van concept alleen, zijn de resultaten hier nog steeds belangrijk – dat nieuwe materialen kleinere transistorgroottes kunnen blijven toestaan, en daarmee meer vermogen en efficiëntie voor de computers van de toekomst.