Det at man har klart å stadig krympe størrelsen på transistorer og andre deler av integrerte kretser er en av de viktigste årsakene til den enorme utviklingen vi har sett innenfor prosessorteknologi de siste tiårene. Jo mindre en transistor er, jo flere er det mulig å presse inn på et gitt areal.
I det siste har man imidlertid begynt å nærme seg det forskerne mener er en nedre grense for hvor mye det er mulig å krympe komponentene. Ifølge Berkeley Lab er det fysiske lover som gjør at man har trodd det ikke er mulig å lage en transistorport (gate) på mindre enn 5 nanometer (nm) for konvensjonell halvlederelektronikk basert på silisium.
Nå har imidlertid forskere ved Berkeley Lab klart å lage en transistor med en fungerende port på bare 1 nanometer. Et menneskehår er til sammenligning rundt 50 000 nanometer tykt, skriver Berkeley Lab i en artikkel på sine nettsider.
– Vi har laget den minste transistoren noensinne, sier Ali Javey, som har ledet forskningen ved Berkeley Lab.
– Det er mulig å krympe mye mer
Javey sier at lengden på en transistorport er en av de tingene som definerer størrelsen på en transistor, og at deres forskning nå viser at det ved å velge de rette materialene er mulig å krympe elektronikken mye mer enn det man tidligere har trodd.
Hemmeligheten var ifølge Javey å bruke nanorør av karbon og molybdendisulfid (MoS2). Sistnevnte materiale brukes mye i blant annet smøremidler.
Den mest avanserte masseproduserte silisiumbaserte halvlederelektronikken i dag produseres med en 14 nanometer produksjonsprosess, og det ventes at prosessorprodusenter som Intel vil gå over på 10 nanometer i løpet av neste år.
I mange år har bransjen forholdt seg til Moores lov, som går ut på at antallet komponenter i en kompakt, integrert krets ble doblet omtrent hvert eneste år. «Loven» er oppkalt etter en av Intels grunnleggere, Gordon Moore, som mente denne utviklingen ville fortsette de neste ti årene fra 1965. Senere har man revidert Moores lov, og forholdt seg til en transistordobling hvert annet år.
Halvlederbransjen har lagt frem en plan:
Slik skal Moores lov overleve selv når transistorene ikke lenger kan krympes »
Kvantemekaniske fenomener skaper problemer
Elektroner som beveger seg gjennom silisium er lettere og møter mindre motstand enn elektroner som beveger seg gjennom molybdendisulfid, noe som normalt er en fordel, skriver Berkeley Lab. Men når transistorporten er mindre enn 5 nanometer vil en effekt som kalles kvantetunnelering begynne å opptre. Det betyr enkelt fortalt at elektroner begynner å vandre, og transistoren vil ikke lenger fungere som den skal.
Siden elektroner som beveger seg gjennom molybdendisulfid er tyngre, kan elektronstrømmen ifølge forskerne kontrolleres selv om transistorportene er mindre.
– Vi har demonstrert den korteste transistoren noensinne. Men dette er foreløpig et «proof of concept». Vi har ennå ikke pakket transistorene inn i en brikke, og vi har ikke gjort det mange milliarder ganger, sier Javey.
Det kan altså ta mange år før teknologien vil bli tatt i bruk, men forskningen viser likevel at vi fortsatt har en del å gå på når det gjelder å krympe elektronikken ytterligere de neste årene.
Også Intel forsker på bruk av andre materialer enn silisium til halvlederproduksjon, og har ifølge Ars Technica sagt at de vil gå over til andre materialer når de er nede på rundt 7 nanometer.
IBM viste i fjor frem verdens første sju nanometers-brikke:
– Dette er et gjennombrudd i prosessorteknologi »
