MIT Discovery为Nonsilicon电脑晶体管提供新的承诺

Ingaas晶体管

当前位置麻省理工学院的研究人员发现,一种名为InGaAs的合金材料可能适用于高性能计算机晶体管。如果在高频率下工作,InGaAs晶体管有一天可以与硅媲美。这张图片显示的是一个传统上由硅制成的固态存储器晶片。来源:麻省理工学院

曾经被认为只适用于高速通信系统的安合金在高性能计算中称为Ingaas可能有一天的竞争对手硅。

几十年来,一种材料一直主导着电脑芯片和晶体管的生产,以至于世界科技之都——硅谷——都以它的名字命名。但硅的统治可能不会永远持续下去。

麻省理工学院研究人员发现称为Ingaas(砷化镓)的合金可以容纳较小更节能晶体管的可能性。此前,研究人员认为InGaAs晶体管的性能在小尺度下恶化。但新的研究表明,这种表观劣化不是材料本身的内在特性。

一天的发现可以帮助推动计算能力和效率超出硅的可能性。“我们真的很兴奋,”该研究的牵头作者Xiaowei Cai说。“我们希望这一结果能够鼓励社区继续探索indaas作为晶体管的渠道材料。”

蔡现在拥有模拟设备,作为一名博士生,在麻省理工学院微系统技术实验室和电气工程与计算机科学系(EECS)与唐纳教授Jesus del Alamo一起完成了这项研究。她的合著者包括马德里理工大学的Jesus Grajal,以及麻省理工学院的Alon Vardi和del Alamo。这篇论文将在这个月的虚拟IEEE国际电子设备会议上发表。

晶体管是计算机的组成部分。它们就像开关一样,要么停止电流,要么让电流流动,这引发了一系列惊人的计算——从模拟全球气候到在Youtube上播放猫的视频。一台笔记本电脑可能包含数十亿个晶体管。为了像过去几十年那样在未来提高计算能力,电气工程师将不得不开发更小、封装更紧密的晶体管。迄今为止,硅一直是晶体管的半导体材料的首选。但因加斯已经显露出成为潜在竞争对手的迹象。

即使在低电压下,电子也可以轻松地通过InGaAs拉开。该材料是“已知具有较大的[电子]运输性能,”Cai说。IngaAs晶体管可以快速处理信号,可能导致更快的计算。此外,IngaAs晶体管可以以相对低的电压运行,这意味着它们可以提高计算机的能量效率。所以Ingaas似乎可能是一个有希望的计算机晶体管的材料。但是有一个抓住。

Ingaas的有利电子传输属性似乎在小尺度下恶化 - 构建更快和更密集的计算机处理器所需的尺度。问题导致了一些研究人员得出结论,纳米级Ingaas晶体管根本不适合任务。但是,蔡说,“我们发现这是一个误解。”

该团队发现Ingaas的小规模性能问题部分是氧化物捕获的部分。这种现象导致电子在试图通过晶体管时被卡住。“晶体管应该用作开关。您希望能够打开电压并具有大量电流,“CAI说。“但如果您陷入了电子捕获,则会发生电压,但在通道中只有非常有限的电流。因此,当您具有氧化物捕获时,切换能力会降低。“

蔡的研究小组通过研究晶体管的频率依赖性,即电脉冲通过晶体管的速率,确定了氧化物陷阱是罪魁祸首。在低频时,纳米InGaAs晶体管的性能下降。但在1千兆赫或更高的频率下,它们工作得很好——氧化物捕获不再是一个障碍。“当我们以非常高的频率操作这些设备时,我们注意到它们的性能非常好,”她说。“他们与硅技术有竞争力。”

蔡希望她的团队的发现将给研究人员提供新的理由来研究基于ingaas的计算机晶体管。这项工作表明,“真正要解决的问题并不是InGaAs晶体管本身。”这就是氧化物陷阱的问题,”她说。“我们相信,这是一个可以解决或通过设计解决的问题。她补充说,InGaAs在古典音乐和古典音乐两方面都表现出了希望量子计算应用程序。

“这一[研究]地区仍然非常非常令人兴奋,”Del Alamo说。“我们茁壮成长,推动晶体管以极大的表现。”有一天,极端的表现可能会带来互联网。

该研究部分受到国防威胁降低机构和国家科学基金会的支持。

1评论关于“麻省理工学院的发现为非硅计算机晶体管提供了新前景”

  1. “Silicon Valley”是极客用来使用的非官方绰号。它是官方圣克拉谷。

    砷化镓就像可控的热核聚变-它已经在地平线上几十年了,从来没有达到预期。

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