Das getestete Material kann zu leistungsstärkeren Telefonen mit längerer Akkulaufzeit führen

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Dies ist heute die größte Frage in der Elektronikindustrie. Wie kann die Chipindustrie Moores Gesetz fortsetzen? Letzteres ist die Beobachtung des Intel-Mitbegründers und ehemaligen CEO Gordon Moore, dass sich die Anzahl der Transistoren in einer dichten integrierten Schaltung alle zwei Jahre verdoppelt. Die ursprüngliche Beobachtung, die Mitte der 60er Jahre gemacht wurde, sah ursprünglich vor, dass sich die Anzahl der Transistoren jedes Jahr verdoppeln sollte. Das "Gesetz" ist wichtig, denn je höher die Transistordichte eines Chips (Anzahl der Transistoren, die in ein Quadrat mm passen), desto leistungsfähiger und energieeffizienter ist ein Chip.

Das Forschungsteam entdeckt neues Material, das Moores Gesetz am Leben erhalten könnte

Hier ist ein Beispiel. Der Apple A13 Bionic-Chipsatz wurde 2019 von TSMC unter Verwendung des 7-nm-Prozessknotens der Gießerei hergestellt. Mit einer Transistordichte von fast 90 Millionen pro Quadratzentimeter versorgt der A13 Bionic den iPhone 11 Serie, enthielt 8,5 Milliarden Transistoren. Der A14 Bionic wurde 2020 von TSMC unter Verwendung seines 5-nm-Prozessknotens hergestellt. Dieser Chip packt 134 Millionen Transistoren in ein Quadrat mm und liefert eine Transistoranzahl von 11,8 Milliarden Transistoren. Nächstes Jahr, Es wird erwartet, dass TSMC mit der Produktion von integrierten 3-nm-Schaltkreisen beginnt, und sowohl Samsung als auch Samsung haben Roadmaps, die die Produktion auf 2 nm reduzieren.

Aber was wird nach 2nm und darüber hinaus passieren? Viele Analysten sagen, dass Moores Gesetz tot ist, obwohl diese Erklärung bereits zuvor abgegeben wurde und neue Technologien den Weg für ihre Fortsetzung ebneten. In einem Bericht von Nature Materials veröffentlicht (über Phys.org) sagen Forscher, dass sie eine neue Materialklasse suchen, die Chips kühl halten kann, selbst wenn sie kleiner werden. Das Management der Wärme, die durch das Anbringen von mehr Schaltkreisen auf einem kleineren Chip entsteht, ist eines der Probleme, mit denen Chipdesigner und -hersteller konfrontiert sind. Dies ist ein großes Problem, da nicht nur die Anzahl der Schaltungen größer wird, sondern auch die Größe des Chips kleiner wird und die Transistoren näher beieinander liegen. Das macht es schwieriger, die Wärme abzuleiten, um eine Beschädigung der Stromkreise zu vermeiden.

Die in Chips verwendete Isolierung leitet den Strom von den Schaltkreisen weg; Diese Isolierung wird als "Low-k-Dielektrikum" bezeichnet. Phys. org nennt sie "den stillen Helden, der die gesamte Elektronik ermöglicht", indem er die notwendigen Maßnahmen ergreift, um Signalerosion und Interferenzen zu verhindern. Die Forscher, die an dem neuen Material arbeiten, sind Patrick E. Hopkins, Professor am Department of Mechanical and Aerospace Engineering der University of Virginia, und Will Dichtel, Professor am Department of Chemistry der Northwestern University. Hopkins sagt: "Wissenschaftler waren auf der Suche nach einem dielektrischen Material mit niedrigem k-Wert, das die Wärmeübertragungs- und Raumprobleme in viel kleineren Maßstäben bewältigen kann. Obwohl wir einen langen Weg zurückgelegt haben, werden neue Durchbrüche nur dann eintreten, wenn wir es tun." Disziplinen kombinieren. Für dieses Projekt haben wir Forschung und Prinzipien aus verschiedenen Bereichen – Maschinenbau, Chemie, Materialwissenschaften, Elektrotechnik – verwendet, um ein wirklich schwieriges Problem zu lösen, das keiner von uns alleine lösen konnte. "

Dichtel erklärte, was das Team unternimmt, um kleinere Chips zu ermöglichen: "Wir nehmen Polymerplatten mit einer Dicke von nur einem Atom – wir nennen dies 2-D – und kontrollieren ihre Eigenschaften, indem wir die Platten in einer bestimmten Architektur schichten. Unsere Bemühungen zur Verbesserung der Methoden zur Herstellung hochwertiger 2-D-Polymerfilme ermöglichten diese Zusammenarbeit. Das Team wendet diese neue Materialklasse an, um die Anforderungen der Miniaturisierung von Transistoren auf einem dichten Chip zu erfüllen. Dies hat ein enormes Potenzial für den Einsatz in die Halbleiterindustrie, die Industrie, die Chips herstellt. Das Material hat sowohl eine niedrige elektrische Leitfähigkeit oder "Low-k" als auch eine hohe Wärmeübertragungsfähigkeit. "

In der Internationalen Roadmap für Halbleiter wurde die von Dichtel erwähnte Kombination von Eigenschaften als notwendig für die Schaffung integrierter Schaltkreise der nächsten Generation angeführt. Und Austin Evans, ein Doktorand in Dichtels Labor, erklärte: "Bei diesem Projekt konzentrieren wir uns auf die thermischen Eigenschaften dieser neuen Materialklasse, was fantastisch ist, aber noch aufregender ist, dass wir nur die Oberfläche kratzen. Die Entwicklung neuer Materialklassen mit einzigartigen Eigenschaftskombinationen birgt ein erstaunliches technologisches Potenzial. " Und es scheint eine davon zu sein, das Leben von More's Law zu verlängern.