Podręcznik

Zmniejszanie wymiarów tranzystorów ma oczywistą fizyczną granicę, są nią wymiary atomu. Ocenia się, że w praktyce najmniejsza możliwa długość kanału tranzystora to 3 nanometry. Mniejsze tranzystory można by w zasadzie zrobić, ale nie będą działać. Praktyczne bariery rozwoju pojawiły się już wcześniej. Mimo iż najbardziej zaawansowani producenci mają obecnie w próbnej produkcji układy z tranzystorami o długości kanału 7 nanometrów, a obiecują 5 nanometrów, to w gruncie rzeczy zmniejszanie wymiarów tranzystorów przestaje się opłacać. Koszty najnowszych technologii rosną zawrotnie, mniejsze tranzystory przestały być tańsze. Na dodatek praktycznie osiągalna szybkość działania układów cyfrowych jest ograniczona mocą pobieraną przez układ – tym większą, im jest on szybszy. Większa moc to więcej ciepła wydzielającego się w układzie, a już dość dawno osiągnięta została granica możliwości odprowadzania wydzielanego przez układ ciepła. Reguła zwana „prawem Moore’a”, która przez dziesiątki lat była w rozwoju mikroelektroniki rodzajem drogowskazu, przestaje działać.

W ostatnich latach powstały nowe warianty technologii CMOS, w których tranzystory mają radykalnie zmodyfikowane struktury: technologia z tranzystorami zwanymi FinFET i technologia z tranzystorami FDSOI. Tranzystory FinFET i tranzystory FDSOI pozwalają budować układy bardziej energooszczędne. Obie technologie stają się coraz bardziej rozpowszechnione i pozwalają produkować układy, które przy danej szybkości działania pobierają mniej mocy, co jest korzystne zwłaszcza w sprzęcie mobilnym. Warto dodać, że technologia FDSOI jest wynalazkiem europejskim, a jej twórcą jest prof. Tomasz Skotnicki, przez wiele lat odpowiedzialny za rozwój technologiczny w firmie STMicroelectronics, absolwent Politechniki Warszawskiej i obecnie profesor tej uczelni.

Nie ulega wątpliwości, że na dalszą metę postępy mikroelektroniki w jej obecnym kształcie, wykorzystującym krzem jako podstawowy materiał, a tranzystory MOS jako podstawowe elementy, nie będą już możliwe. Co dalej? Może nowe materiały, a może zupełnie nowe metody przetwarzania informacji? Czas pokaże. 

Pobór mocy przez układy scalone, problemy i koszt najnowszych technologii, tranzystory FinFET i FDSOI – te tematy pojawią się dalej.