Графеновые наномашины для будущей реконфигурируемой электроники
Группа исследователей из Калифорнийского университета совместно с японскими коллегами из Национального института наук о материалах предложила принципиально новый способ создания реконфигурируемых микросхем на основе подвижных графеновых наноустройств.
Привычные полупроводниковые микросхемы отличаются раз и навсегда заданным дизайном: ток по их цепям, пока те не повреждены, протекает строго в соответствии с изначальным инженерным замыслом. Несколько бóльшую гибкость обеспечивают программируемые пользователем вентильные матрицы (field-programmable gate array, FPGA), однако их специфическая конструкция не предусматривает ни достаточной миниатюризации (в сравнении с классической «однозадачной» микросхемой сопоставимой производительности), ни адекватной современным требованиям энергоэффективности. Хотя спрос на FPGA уверенно растет по мере того, как решаемые электроникой задачи становятся все более разнообразными: по оценке Market Research, если в 2021 г. емкость глобального рынка перепрограммируемых микросхем составляла около 620 млн долл., то к 2026-му должны вырасти уже до 910 млн.
Группа исследователей из Калифорнийского университета (University of California) совместно с японскими коллегами из Национального института наук о материалах предложила принципиально новый способ создания реконфигурируемых микросхем: на основе не статичных вентильных матриц (в случае которых программное переключение их состояния и приводит к изменению путей распространения заряда внутри СБИС), а подвижных графеновых наноустройств. Команда изучала поведение так называемых ван-дер-ваальсовых материалов с плоскими (на атомарном уровне) поверхностями, которые вследствие чрезвычайно низких потенциалов межатомного взаимодействия могут скользить один по другому практически без трения. К числу таких материалов относятся, например, графит, нитрид бора с гексагональной кристаллической решеткой и золото.
Комбинируя ван-дер-ваальсовы материалы с проводящими и диэлектрическими свойствами на графеновой подложке, исследователи смогли создать базовые полупроводниковые приборы (транзисторы) буквально одноатомной толщины, допускающие свободное перемещение и взаимное переподключение чисто механическими средствами. Безусловно, от этого первого открытия до создания реконфигурируемых на наноразмерном уровне СБИС еще очень далеко, но работа американо-японской группы указывает совершенно новую область, на которую уже начинает перенацеливаться внимание разработчиков микросхем.