Сначала это казалось безумием: висмут вместо кремния, новый диэлектрик и никакого сопротивления — а потом всё заработало

Группа ученых из Пекинского университета представила революционное открытие в области микроэлектроники, способное кардинально изменить направление развития процессорной индустрии. Исследователям удалось создать полупроводниковый элемент принципиально новой конструкции, полностью исключающей использование кремния — вместо него применяется двумерный материал на основе оксиселенида висмута.

Ключевое преимущество инновации заключается в использовании архитектуры gate-all-around (GAAFET), где управляющий электрод полностью охватывает исток. Такое решение радикально отличается от господствующей сегодня схемы FinFET, где затвор покрывает канал лишь частично. Полное обертывание существенно увеличивает площадь взаимодействия между компонентами, что позволяет добиться более эффективного контроля тока и значительно снизить утечку энергии.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Materials, демонстрируют впечатляющий потенциал нового подхода. Двумерные структуры GAAFET не только не уступают кремниевым аналогам, но и превосходят их по ключевым характеристикам — быстродействию и энергоэффективности.

Испытания, проведенные в условиях, идентичных тестированию коммерческих микросхем, доказали превосходство новой системы: она работает на 40% быстрее последних 3-нанометровых процессоров Intel, потребляя при этом на 10% меньше энергии. Такие показатели выводят изобретение на лидирующие позиции, опережая существующие решения от TSMC и Samsung.

В отличие от вертикальной компоновки FinFET, представленная архитектура напоминает систему переплетенных мостов. Такой конструктивный принцип может помочь преодолеть барьеры миниатюризации, с которыми сталкивается кремниевая электроника при переходе к масштабам менее 3 нанометров. Особую ценность это открывает для производства компактных вычислительных устройств, применяемых в высокопроизводительных ноутбуках.

Научная группа разработала два уникальных соединения на основе висмута: Bi2O2Se выступает в роли полупроводника, а Bi2SeO5 служит диэлектриком затвора. Отличительное свойство этих веществ — низкая энергия межфазного взаимодействия, что минимизирует появление дефектов и рассеивание электронов.

Заряженные частицы в такой конфигурации перемещаются практически без сопротивления, словно вода по идеально гладкой трубе, — поясняет профессор Пэн Хайлинь, руководитель проекта.

Эффективность конструкции подтверждена не только теоретическими вычислениями с применением теории функционала плотности (DFT), но и практическими экспериментами на высокоточной производственной платформе Пекинского университета.

Особенно важно, что внедрение изобретения возможно на действующем полупроводниковом оборудовании, что значительно упрощает перспективы его промышленного освоения.