Výskumní pracovníci spoločnosti Intel vyvinuli nový priestorový (3D) návrh „tri-gate“ tranzistora, ktorý je schopný podávať vyšší výkon ako tradičné planárne tranzistory pri efektívnejšom využití energie. Výsledky tohto vývoja sú prvým zábleskom novej éry neplanárneho, priestorového návrhu tranzistora, ktorý musí Intel spolu s celým priemyslom polovodičov implementovať, aby dokázal udržať krok s Moorovým zákonom aj po skončení tejto dekády.

„Náš výskum ukazuje, že v rozmeroch pod hranicou 30 nanometrov dochádza pri tranzistoroch s jednou, plochou bránou k príliš veľkým energetickým stratám, než aby mohli naplniť naše očakávania výkonu dostatočného k dosiahnutiu našich budúcich cieľov,“ vysvetluje Dr. Gerald Marcyk, riaditeľ laboratórií pre komponentový výskum Intelu (Intel Components Research Lab). „Návrh „tri-gate“ tranzistorov Intelu umožní vytvárať mimoriadne malé tranzistory disponujúce vysokým výkonom pri nízkej vlastnej spotrebe a tak nám umožní udržať krok s Moorovým zákonom.“

Nová éra 3D tranzistorov

Tranzistory sú vlastne akési mikroskopické, kremíkové prepínače, ktoré spracúvajú nuly a jedničky digitálneho sveta a ktoré sú základným stavebným prvkom všetkých polovodičových obvodov. V prípade tradičných planárnych tranzistorov sa elektronický signál pohybuje podobne ako na rovnej jednosmernej ceste. S týmto prístupom vystačil polovodičový priemysel už od šesťdesiatych rokov. Ale pri zmenšovaní tranzistorov na veľkosť pod 30 nm (nanometer je jedna miliardtina metra!) má tranzistor vyšší zvod čo znamená, že vyžaduje pre svoju správnu činnosť čím ďalej tým viac energie a to má za následok neprijateľnú mieru odpadového tepla.

Tranzistory Intel tri-gate využívajú úplne nové priestorové štruktúry, podobné zvýšenej plošine so zvislými stenami, ktorá umožňuje predávanie elektrických signálov po hornej časti tranzistora rovnako ako po zvislých postranných stenách. Tak dochádza ku zväčšeniu plochy, po ktorej sa môže elektrický signál pohybovať, až na trojnásobok, to je ako by sme z cesty s jedným jazdným pruhom urobili trojprúdovú diaľnicu, bez toho aby sme však potrebovali viac miesta. Okrem toho, že tento typ tranzistora pracuje v dimenziách o rádovo niekoľko nanometrov efektívnejšie, pracuje tranzistor tri-gate aj rýchlejšie a dodáva až o 20 % väčší budiaci prúd než planárny tranzistor porovnateľnej veľkosti.

Štruktúra „tri-gate“ je nádejným prístupom pre rozšírenie architektúry TeraHertzového tranzistora, ktorú Intel ohlásil v decembri 2001. Brána tranzistora „tri-gate“ je vytvorená na extrémne tenkej vrstve kremíka, ktorý je z dôvodu minimalizácie zvodu úplne ochudobnený. Tým je umožnená rýchlejšia zmena stavov tranzistora pri radikálnom znížení spotreby energie. Súčasťou návrhu je aj štruktúra zvýšeného zdroja a odtoku, ktorá znižuje energetické nároky na riadenie tranzistora. Uvedený návrh je kompatibilný aj s budúcim zavedením brány s vysokou dielektrickou konštantou a ešte nižším zvodom.

Výskumníci Intelu sa budú hlavnými prvkami týchto nových tranzistorov „tri-gate“ zaoberať na medzinárodnej konferencii International Solid State Device and Materials Conference, ktorá sa koná od 17. septembra v meste Naguya (Japonsko). Technické prednášky Intelu budú pojednávať o výkone, spotrebe energie a zvode v súvislosti s podstatnými zdokonaleniami existujúceho návrhu tranzistora.

Podrobnejšie informácie o 3D tranzistoroch tri-gate a o ďalších výskumoch Intelu na poli výskumu kremíka nájdete na stránkach Intel Silicon Showcase na adrese www.intel.com/research/silicon.