Onderzoekers bouwen 's werelds kleinste transistor

Britse onderzoekers hebben ’s werelds kleinste transistor gebouwd. De transistor is gemaakt van grafeen en is één atoom dik en tien atomen breed, hetgeen overeenkomt met slechts één nanometer.

Momenteel bevatten de meest geavanceerde processors 45nm-transistors. De verwachting is dat de huidige siliciumtransistors nog kunnen krimpen tot rond de 10nm, maar dat daarna naar een andere oplossing gezocht moet worden. Grafeen lijkt een veelbelovend materiaal dat niet alleen gebruikt kan worden voor traditionele schakelingen, maar ook voor spintronica. Grafeen bestaat uit een enkele laag koolstafatomen die gerangschikt zijn in een honingraatstructuur.

Vorig jaar maart wisten de onderzoekers, werkzaam bij de universiteit van Manchester, al een vijftig atomen brede transistor te ontwikkelen met behulp van grafeen. Deze prestatie is nu verbeterd met de ontwikkeling van een werkende transistor die slechts tien atomen breed is, schrijft Wired.

Het zal echter nog wel een aantal jaren duren voordat de eerste processors met transistors van grafeen op de markt zullen verschijnen. Momenteel is het namelijk slechts mogelijk om grafeenkristallen te maken met een formaat van 0,1 millimeter, een groot verschil met de 300mm siliciumwafers die vandaag de dag gebruikt worden. Verwacht wordt dat dit probleem in de komende jaren opgelost zal worden. Daarmee zou grafeen Moore’s Law in stand kunnen houden voorbij de 10nm-barrière.

Reacties (40)

[Blokmeister]

Waarschijnlijk is het een ander molecuul wat op grafeen gecondenseerd is.
Nu vertonen pi geconjugeerde organische systemen (jaja, ik doe even lekker technisch, maar eigenlijk zijn het organische moleculen met een dubbele binding, die naar andere plekken 'resoneerd') wel geleiding, maar ik denk niet dat dit grafeen is. Grafeen is pas grafeen als het tientallen benzeenringen bevat. Elk benzeenring bestaat uit 6 koolstofatomen die in een zeshoek staan.
Dus ik denk gewoon dat ze een transistor op grafeen gecondenseerd hebben. Dit omdat moleculen condenseren op grafeen deze wereld niet vreemd is.

[Verwijderd]

Grapheen is in bulk form een geleider namelijk graphiet. Het leuke is dat als je een enkel vel neemt (dit is dan grapheen) , en dat heel klein maakt dan ga je de eigenschappen veranderen van een geleider naar een half geleider.
Dit is precies wat ze gedaan hebben. Nu door aan de geometrie te spelen kan je de electrische eigenschappen veranderen en tevens eindeloos veel schitterende quantum mechanische waarschijnselen weergeven (in het geval dat het heel klein is).
De titel is niet compleet correct want men heeft al transistoren van 1 enkel molecule gemaakt die kleiner zijn (die zijn circa 4nm lang en minder dan 1 nanometer dik). Maar die doen het niet zo goed als deze.

[Verwijderd]

Zo te zien niet, zie het artikel dat ik eerder had gesubmit:
Wat in dat artikel ook staat, en ik hier mis is:

Researchers are also looking at its use in display technology - because it is transparent.
(...)
In the shorter term graphene could be used in LCD displays to replace materials used to create transparent conductive coatings.

"The computer screen relies on good transparent conductors. But current materials are expensive and hard to produce.

"Graphene is only one atom thin so is absolutely transparent - it's a really wonderful conductor.

"We propose to use it as a transparent conductor, using small interconnecting graphene sheets all together."

The material is also being touted for use in solar panels, transparent window coatings and also for sensing technologies.

[A4-tje]

Nadeel is natuurlijk de geweldige moeite die gedaan moet worden om ook maar 0,1 mm te maken.
Wel denk ik dat ze door de honingraatstructuur (die op zich vrij sterk is) dit probleem redelijk snel kunnen oplossen. Zoals het er nu voor staat zou het over ongeveer (tick-tock principe) over een jaar of 7 financieel aantrekkelijk moeten zijn om silicium te vervangen.

[darkjeric]

Tja, als Intel zo blijft verderdoen zitten we binnen 4 jaar al op 22nm (IBM heeft al chips op 32nm), en vanaf dan is silicium echt problematisch...Ze zullen er toch wat vaart achter moeten zetten denk ik.

[Reactie gewijzigd door darkjeric op 23 juli 2024 08:01]

[jaapbrandhof]

Ik denk dat Intel vele malen verder is dan dat wij weten.

Waarschijnlijk zitten zij al een stap verder te denken dan het probleem wat op zou treden on de 20nm

[Verwijderd]

Wat ik me nu een beetje af vraag is, hoe werkt dat? Op dezelfde manier als 'traditionele' transistoren?

Ook interresant is de overstap op spintronica, deze zou best wel eens in stroomversnelling kunnen komen als men toch al grafeen gaat produceren voor het maken van processoren.


Oja, off topic: het linkje naar wired werkt niet?


@darkjeric: dank je

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 23 juli 2024 08:01]

[darkjeric]

Tuurlijk blijft het principe hetzelfde. Vergelijk het met een wiel van rubber en een wiel van staal. Door dezelfde vorm zullen ze allebei rollen en dezelfde functies kunnen vervullen, ook al is de stof anders.

Net zo bij deze transistors. Zolang de 'vorm' hetzelfde blijft, en de stof waaruit de baantjes gemaakt zijn geleidend is, zal de transistor net zo goed werken.

Silicium heeft één nare eigenschap, en dat is lekstroom. Tot nu toe valt die redelijk binnen de marges (45nm) maar vanaf 22nm moeten ingenieurs er zeker rekening mee houden. Vanaf 10nm is de lekstroom zo groot dat er bijna meer stroom op de omliggende isolatorgebieden komt dan op de geleidende baantjes, waardoor je PC dus niet meer weet wat 1 of 0 is => BSOD in Windows

[kluyze]

Bwa, het kan met een ander principe, kijk zo ook eens naar de manier waarop men probeerd een transistor te realiseren met supergeleiders, deze hebben ook niet hetzelfde principe als een standaard NPN transistor.
Er is al een wereld van verschil in werking tussen een NPN en een FET.

[link0007]

Is zo'n geringe dikte niet enorm gevoelig voor verval/ander schade?
Kan me niet voorstellen dat één zo'n atoom 10 jaar op dezelfde plek blijft.

Verder natuurlijk een schitterende ontwikkeling, we kunnen dadelijk dus lekker een octo-core oid op dezelfde grootte maken als een single-core van tegenwoordig?

[Klaus_1250]

Kan me niet voorstellen dat één zo'n atoom 10 jaar op dezelfde plek blijft.

:-s Tis niet alsof atomen zo maar kunnen beslissen om van de een naar de andere plek te gaan, daarvoor heb je toch een kracht nodig (quantum-mechanische verschijnselen daargelaten).

[vgroenewold]

Daar heb je energie voor nodig idd, maar laat dat er nu in overvloed zijn, zeker op dat niveau. Dus het kan zeker gevoelig zijn voor zeer kleine (vergeleken met onze schaal in de cosmos) fluctuaties e.d. Erg warm mag het ook niet worden denk ik.

Neemt niet weg dat dit soort ontwikkelingen prachtig blijven, alleen al dat we het kunnen...

[kimborntobewild]

Er zal een techniek moeten worden ingebouwd die kapotte schakelingen live detecteert en onmiddelijk uitschakelt (c.q. uitsluit van gebruik) en dat er dan direct een andere schakeling wordt gebruikt. Zonder zo'n techniek is 't misschien niet eens haalbaar om op dit schaalniveau te werken.

[Teigetje!]

Wat volgens mij een groter probleem vormt is dat schakelingen die zo klein zijn de atomen teveel invloed gaan uitoefenen op de beweging van de elektronen. Dat is met strained silicium wel deels ondervangen maar ik vraag mij af of dat op deze schaal niet alsnog de kop op steekt.

[EnderQ]

0.1 mm hoeveel transistoren (atomen) zullen dat zijn, dan eventueel interfacen met de de grote slicium processen.

[Verwijderd]

Nano = 10^-9
Mili = 10^-3
dus nog steeds maximaal 100.000.000.000 transistoren

[Mitsuko]

En de grootste chips beschikbaar voor consumenten (GPU cores) hebben tot zo'n 700 miljoen transistors op het moment. FPGAs komen al snel op een miljard als ik me niet vergis, maar dan is 100 miljard nog steeds een stukje meer.

[boner]

maar die moeten nog wel worden vastgemaakt aan de pinnetjes van de behuizing. EN die behuizing kun je niet zomaar al te veel verkleinen.
lees: http://www.intel.com/pres...nd/20011008tech_bkgrd.htm

[miw]

Je moet ook die transistoren eerst nog even onderling verbinden tot een circuit. Zelfs on-chip draadjes van die afmetingen lijken me bijzonder lastig te maken. Een losse transistor is natuurlijk wel erg simpel. Voor de gemiddelde chip wordt de helft van de oppervlakte bepaald door de bedrading tussen de verschillende transitoren. Bedrading is ook een belangrijke bron voor energieverlies.
Verder lijkt me de massaproductie van chip met een dergelijke transistoren ook een bijzondere uitdaging. Dat dergelijke technieken Moore's law in leven zouden kunnen houden lijkt me een tamelijk zinloze opmerking.

[Rey Nemaattori]

idd interessant, als de wamrteproductie dan ook zoveel lager is, dan is dat ook weer een issue opgelost...hoewel de snelheid eerder verder om hoog geperst wordt, zodat je alsnog dezelfde warmeproductie hebt

[Reactie gewijzigd door Rey Nemaattori op 23 juli 2024 08:01]

[Verwijderd]

Het probleem met de huidige chips is niet zo zeer het materiaal silicium, maar het proces om hieruit miljarden transistors te maken (i.e. fotolithografie/etsen).

[darkjeric]

Toch ligt het ook aan de stof silicium zelf hoor!
De lekstroom (quantumverschijnsel) op een siliciumchip wordt echt oneindig groot zodra je de 10nm onderduikt (is zelfs wiskundig bewezen, en wiskunde is heilig kuch hoest rochel).

Dus als ze de 10nm onder willen, moeten ze toch echt ander materiaal gaan benutten.

[Verwijderd]

Ja uiteraard, maar er zit een enorm verschil in 1 transistor maken en 500 miljoen. Quantummechanisch zal het bewezen zijn (waar uiteraard bakken wiskunde aan te pas komen, kuch, hoest)

[Verwijderd]

Is dit resultaat onderdeel van de onderzoeken uit de rij met gerelateerde artikelen? Dan zie ik voor het eerst een nauwkeuriger verloop van een onderzoek hier op tweakers.net!
Dat moeten we vaker zien. Het is altijd interessant om het verloop van onderzoeken en prototypes tot aan productie te volgen.

[jip_86]

Waarom moet het allemaal eerst zo klein mogelijk. In plek van dat ze eerst iets werkends bouwen met die van 50 atomen gaan ze nu een kleinere versie bouwen. Processors zijn toch ook niet begonnen met de 45nm die nu gangbaar is?

[Exphy]

denk je niet dat ze daar ook mee bezig zijn? Dat noemen ze verschillende soorten onderzoek

[marcel-o]

tijd voor "Grafeen valley" dus
ben wel benieuwd naar de eerste processor hiervan