Çiplerde hız rekoru kırıldı

Araştırmacılar, “delik hareketliliği” denilen ve elektrik yüklerinin malzeme içinde ne kadar hızlı hareket ettiğini gösteren ölçümde şimdiye kadarki en yüksek değere ulaştıklarını açıkladı. Üstelik bunu, tamamen silikon üzerine inşa edilmiş, endüstriyel üretime uyumlu bir yapıda yapıyorlar.

SİLİKONUN SINIRINA GELDİK

Bugünkü işlemciler, telefon ve bilgisayar çipleri büyük ölçüde silikondan üretiliyor. Ancak transistörler küçüldükçe, birbirine sıkıştıkça ısınma artıyor ve silikonun fiziksel sınırlarına yaklaşılıyor. Daha hızlı çalışan, daha az ısınan alternatifler bulmak çip tasarımcıları için kritik hale gelmiş durumda.

Aslında germanyum çok yeni bir malzeme değil; transistörlerin ilk dönemlerinde, 1950’lerde kullanılmıştı. Fakat o yıllarda üretim zorlukları nedeniyle yerini silikona bırakmıştı. Şimdi ise aynı germanyum, bu kez silikonla “birlikte çalışarak” geri dönüyor.

GERMANYUM YENİDEN SAHADA

Materials Today dergisinde yayımlanan çalışmada ekip, silikon bir levha üzerine nanometre kalınlığında, sıkıştırılmış germanyum katmanı büyütüyor. Bu “sıkıştırma” sayesinde kristal yapı son derece düzgün, kusuru çok az, yani elektrik yükleri için neredeyse pürüzsüz bir yol haline geliyor.

Ortaya çıkan yeni kuantum malzemeye “sıkıştırılmış germanyum-silikon” (cs-GoS) adı veriliyor. Klasik yüksek hareketlilikli yarı iletkenler olan galyum arsenit (GaAs) gibi malzemelerle yarışacak performans sunuyor; ama onlardan farklı olarak, mevcut silikon üretim teknolojileriyle aynı hatta entegre edilebiliyor. Yani teoride, bugün kullanılan fabrikalar çok büyük değişiklik yapmadan bu malzemeyi işleyebilecek.

Araştırmaya göre malzeme, delik hareketliliğinde santimetrekare/volt-saniye başına yaklaşık 7 milyon 150 bin değere ulaştı. Endüstride kullanılan tipik silikon için bu değerin yaklaşık 450 civarında olduğu düşünülürse, aradaki fark çarpıcı.

YENİ NESİL ÇİPLER

Bu rekor, sadece “en hızlı biziz” demekten ibaret değil. Daha yüksek hareketlilik, aynı işi daha düşük voltaj ve daha az enerjiyle yapabilen transistörler anlamına geliyor. Bu da daha serin çalışan, daha az güç tüketen, aynı alana daha fazla performans sığdırabilen çipler demek.

Bilim insanları, bu tür germanyum-üzerine-silikon yapılarının özellikle şu alanlarda fark yaratabileceğini vurguluyor:

- Kuantum bilgi işlem için spin kubitleri ve diğer kuantum devreleri

- Kuantum işlemciler için çok düşük sıcaklıkta çalışan kontrol devreleri

- Yapay zeka hızlandırıcıları ve veri merkezleri için enerji tasarruflu donanımlar