В обзорном выпуске ноябрьского издания вкратце передана сама суть исследования: поскольку в привычной нам КМОП-логике для изменения бинарного состояния используются электроны, рано или поздно наступит ограничение, при котором использование их энергетического потенциала станет невозможным. По предварительным данным ученых, уменьшение размера затворов транзисторов до 5 нм приведет к неизбежному тунеллированию. То есть, слишком близкое расположение стока и истока транзисторов в конце концов приведет к тому, что электроны будут попросту беспрепятственно проходить через канал, какое бы напряжение при этом не прикладывалось к затвору. Таким образом, из-за 50% возможности возникновения спонтанной эмиссии, использование классических транзисторов в качестве логических ключей станет бессмысленным — просто исчезнет возможность достоверного предсказания поведения электрона.
Когда ширина затвора достигнет 5 нм? По предварительным данным, это произойдет при переходе к 16-нм нормам техпроцесса — по самым консервативным прикидкам, примерно в 2018-19 годах. Возможно, после этого удастся продвинутся еще на один-два техпроцесса, однако, фактически, для КМОП-логики это будет означать достижение физического предела. Напомню, что у вводимого в следующем году многими компаниями 90-нм техпроцесса ширина затворов транзисторов составит в среднем 37 нм.
Впрочем, нельзя не признать, изложенные соображения изначально базируются на использовании классических материалов для построения полупроводников. Соответственно, при изменении исходных условий могут также измениться и результаты. Так, согласно последним данным, разработчики Intel и AMD активно занимаются исследованиями в области замещения кремниевых затворов транзисторов металлическими. Вполне возможно, что такая технология будет использоваться при массовом производстве 45-нм чипов — примерно в 2007-09 годах, при этом, ширина затворов составит примерно 18 нм.
Другая проблема, которая рано или поздно может стать критичной для производства полупроводников — это перегрев чипов. Даже если удастся решить проблему тунеллирования при выпуске транзисторов с 4-нм затворами (для этого, грубо говоря, придется прикладывать больше энергии к затвору транзистора), то при достижении 3-нм рубежа, процессор, теоретически "спалит" сам себя изнутри.
Самый-самый оптимистичный прогноз в настоящее время звучит так: если удастся решить проблемы с тунеллированием и перегревом, окончательный предел наступит при размере затвора транзистора порядка 1,5 нм. Такая величина получена путем вычисления условий, минимально необходимых для "возбуждения" электрона. В случае достижения ширины затвора 1,5 нм и перехода к вертикальным структурам полупроводников, полупроводниковая технология может "протянуть" еще лет шесть — примерно до 2025 года.
Куда же дальше? Ученые не сомневаются, что выход будет обязательно найден. Новых перспективных технологий к нынешнему времени разработано предостаточно, хоть одна — да сработает. Те же пресловутые "углеродные нанотрубки" или "кремниевые нанопровода" способны стать материалом для транзисторов с фантастическими характеристиками. Вполне возможно, что продлить жизнь нынешних классических полупроводников также поможет создание объемных структур.