HWSW

Plazmahullám az elektronfolyadékban

Régóta ismert, hogy a CMOS-korszak hamarosan véget ér, a jelenlegi chipgyártási eljárások hamarosan megközelítik azokat a fizikai korlátokat, amelyek után az alkatrészek mérete már nem zsugorítható tovább. Hogy ez pontosan mikor jön el, arról még folynak a viták, de abban az ipar minden szereplője egyet ért, hogy előbb vagy utóbb a CMOS technológiát le kell váltani.

Számos különféle eljárás pályázik a CMOS helyére, hogy a jövő meghatározó félvezető technológiájává váljon. Most egy újabb izgalmas elmélettel gyarapodott a repertoár, Dr. Hector J. De Los Santos, az amerikai NanoMEMS Research kutatója egy olyan megoldást dolgozott ki és szabadalmaztatott [1], ahol a chipekben a jel terjedése nem elektronok áramlásán, hanem plazmahullámok (plazmonok) terjedésén alapul. De Los Santos azt állítja, az NFL (Nano-electron Fluidic Logic) segítségével a logikai kapuk kapcsolási sebessége femtomásodpercekben, a másodperc ezermilliárdomod részében mérhető, vagyis akár terahertzes órajelek is könnyen elérhetők.

NFL, azaz Nano-electron Fluidic Logic

Az NFL lényegében nem más, mint néhány egymást keresztező csatorna, amelyekben elektronfolyadék található, a logikai kapu pedig egy Y-alakú elágazás, mintha egy folyosó kettéágazna. Ebben az elindított plazmahullám külső behatás nélkül két egyenlő részre válik szét és az Y mindkét ágában felfogható, azonban ha a plazmahullámot oldalról egy másik hullámmal eltérítjük, akkor a folyosó egyik ága felé terelhető. Így létrehozható a logikai 0 és 1 állapot.

Az NFL jelentősen eltér a CMOS technológiától abban a tekintetben, hogy hullámok terjedésén és nem részecskék mozgásán alapul, nem kell hozzá tömeget megmozdítani, így sokkal gyorsabb. Az elektronok vándorlása közben beleütköznek egymásba vagy a félvezetőben levő szennyeződésekbe, ez lelassítja a terjedést, másrészt disszipációt okoz. A plazmonok terjedési sebessége nagyjából 10 ezer kilométer másodpercenként, ez két nagyságrenddel nagyobb az elektronok áramlási sebességénél.

De Los Santos elgondolásának kulcsa az eszközök méretezésében van. Ha a logikai kapu túl nagy, a hullám elhal, mire a detektorokhoz érhetne, ha viszont túl kicsi, akkor a hullám visszaverődik a detektorokról és elindul a kiindulási hely irányába, ahonnan aztán megint visszaverődik és elkezd újra a detektor felé mozdulni. Olyan méretű eszközt kell tehát építeni, amiben a plazmon eléri a detektort és ha vissza is verődik, elhal mielőtt visszajutna a kiindulás helyére. De Los Santos szerint az eszközök méretét a lehető legkisebb plazmon határozza meg, ami egy atomnak felel meg, vagyis a logikai kapu nagyjából akkora lesz, mint a működtetéséhez kiválasztott atom.

Energiahatékonyság terén is jelentős továbblépést ígér az NFL, ugyanis a plazmon elindításához tetszőlegesen kicsi áram használható, az elektronfolyadék fenntartásához pedig elhanyagolható energia szükséges, így összességében az NFL fogyasztását csak az határozza meg, milyen kicsi az az áram, amelyet még detektálni lehet.

Elméletben jó

Papíron az NFL tehát minden téren jobb a CMOS-nál, de mi a helyzet a gyárthatósággal? De Los Santos szerint ezzel sincsen gond, az NFL eszközök előállításához ugyanis alkalmasak a ma ismert, használt, elterjedt litográfiai eljárások, tehát elméletileg az eddig felhalmozott tudás és infrastruktúra továbbvihető. Ráadásul, állítja De Los Santos, az NFL összekapcsolható hagyományos elektronikus eszközökkel, így könnyen integrálható más áramkörökkel vagy akár CMOS-komponensekkel.

A cikkben hivatkozott linkek:
[1] http://www.freepatentsonline.com/y2009/0267646.html
A cikk adatai:
//www.hwsw.hu/hirek/43350/elektronfolyadek-plazmahullam-plazmon-hector-j-de-los-santos-tranzisztor-felvezeto.html
Író: Bodnár Ádám (bodnar.adam kukac hwsw.hu)
Dátum: 2009. november 06. 12:39
Rovat: high-tech