Κινεζικό Πανεπιστήμιο παρουσιάζει το πρώτο 2D GAAFET τρανζίστορ χωρίς πυρίτιο

Επιστήμονες του Πανεπιστημίου Fudan στην Κίνα παρουσίασαν μια παγκόσμια πρωτιά στον τομέα της νανοηλεκτρονικής: ένα τρανζίστορ τύπου GAAFET (Gate-All-Around Field Effect Transistor) χωρίς πυρίτιο, βασισμένο σε δισδιάστατο (2D) υλικό με κύριο συστατικό το βισμούθιο. Σύμφωνα με το Nature, το επίτευγμα αυτό δεν είναι απλώς θεωρητικό· το τρανζίστορ κατασκευάστηκε και λειτουργεί ήδη, επιτυγχάνοντας ταχύτητα λειτουργίας 6.7 THz και κατανάλωση ισχύος μόλις 10-15 watt ανά bit – τα καλύτερα καταγεγραμμένα νούμερα για transistor μέχρι σήμερα.

Τέλος στο πυρίτιο; Όχι ακόμη – αλλά ανοίγει ένας νέος δρόμος

Το τρανζίστορ βασίζεται σε μια 2D παραλλαγή του Bi₂O₂Se (διοξείδιο σεληνίου-βισμουθίου), υλικό που παρουσιάζει εξαιρετικά ηλεκτρονικά χαρακτηριστικά: πολύ υψηλή κινητικότητα ηλεκτρονίων, θερμική σταθερότητα και δυνατότητα κλιμάκωσης σε νανοκλίμακα. Χάρη στη GAAFET δομή, η πύλη περιβάλλει το κανάλι πλήρως, εξασφαλίζοντας καλύτερο ηλεκτροστατικό έλεγχο, χαμηλότερες απώλειες και υψηλότερες ταχύτητες από τις συμβατικές FinFET αρχιτεκτονικές.

Σε συνδυασμό με το βισμούθιο, η ερευνητική ομάδα πέτυχε αναλογία ενεργειακής κατανάλωσης/ταχύτητας που ξεπερνά κάθε σημερινό τρανζίστορ πυριτίου ή άλλων ημιαγωγών, θέτοντας το θεμέλιο για νέες γενιές υπερυπολογιστών, επεξεργαστών AI και αισθητήρων.

Τι σημαίνει αυτό πρακτικά;

Αν και απέχουμε από την εμπορική υλοποίηση, η κατασκευή λειτουργικού 2D GAAFET χωρίς πυρίτιο αποτελεί κρίσιμη απόδειξη σκοπιμότητας (proof of concept). Η αναζήτηση εναλλακτικών στο πυρίτιο έχει επιταχυνθεί καθώς η τεχνολογία CMOS πλησιάζει τα φυσικά της όρια, ιδιαίτερα κάτω από τα 2nm.

Η χρήση του βισμουθίου – που είναι μη τοξικό, άφθονο και φθηνό σε σύγκριση με άλλα σπάνια υλικά – προσθέτει και περιβαλλοντική αξία στη λύση. Επιπλέον, η συμβατότητα με θερμοκρασίες επεξεργασίας χαμηλότερες από εκείνες του πυριτίου αφήνει περιθώρια για συμβατότητα με εύκαμπτα ηλεκτρονικά ή ενσωμάτωση σε νέες μορφές chiplet αρχιτεκτονικών.

Εν Κατακλείδι

Το επίτευγμα του Πανεπιστημίου Fudan είναι μια εντυπωσιακή απόδειξη ότι η εποχή μετά το πυρίτιο δεν είναι απλώς επιστημονική φαντασία. Παρότι η βιομηχανική ωρίμανση τέτοιων λύσεων απαιτεί χρόνια έρευνας και επένδυσης, το πρώτο λειτουργικό silicon-free 2D GAAFET τρανζίστορ δείχνει ότι η τεχνολογική μετάβαση μπορεί να βασιστεί σε βιώσιμα και υπεραποδοτικά υλικά.