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Warum werden CPUs nicht aus Graphen hergestellt?


Warum werden CPUs nicht aus Graphen hergestellt? / Hardwarehandbücher

Wenn Sie vielen technischen Kreisen folgen, haben Sie vielleicht Graphen gesehen (eine superdünne Kohlenstoffschicht, die so angeordnet ist, dass sie elektrische Eigenschaften hat, an die sie grenzt Wunder-) kommen in den Nachrichten ziemlich oft vor und werden begeistert von seiner extrem flüssigen elektrischen Leitfähigkeit und möglichen Anwendungen in verschiedenen Technologien. Was Sie nicht oft gehört haben, ist der hässliche Teil von Graphen: Es ist unmöglich, Halbleiter-Transistoren aus dem Material zu bauen, wie es jetzt ist, da es keine elektrische Bandlücke hat, von der man sprechen könnte. Wenn das verwirrend klingt, ist das in Ordnung. Dafür ist dieser Artikel gedacht!

Bandabstand? Was ist das?

Eine Bandlücke ist ein winziger Raum zwischen einem Leitungsband und einem Valenzband, der uns sagt, auf welcher Ebene der Strom tatsächlich zwischen den beiden fließt. Es ist wie ein kleiner Pförtner, der eine elektrische Ladung in einem Raum hält, bis er "ausgeschaltet" wird. Praktisch alle Chips auf Computern bestehen aus einemHalbleiter Material, was bedeutet, dass es eine moderate Bandlücke hat, die es macht, dass es weder Strom so leicht leitet noch jede elektrische Ladung ablehnt. Das hat etwas mit der grundlegenden molekularen Struktur zu tun, so dass es ziemlich viel Chemie beim Bau eines Chips gibt.

In Materialien wie Gummi existieren sehr große Bandlücken, die den elektrischen Strömen so sehr widerstehen, dass sie viel mehr Feuer fangen als die Ladung. Deshalb benutzt du Gummi umisolieren die Drähte innerhalb der Kabel. Materialien mit einer vernachlässigbaren Bandlücke sind bekannt alsLeiter, während solche mit praktisch keiner Bandlücke überhaupt bekannt sindSupraleiter.

Heute bestehen die meisten Chips aus Silizium, das als sehr robuster und zuverlässiger Halbleiter dient. Denken Sie daran, wir brauchenHalbleiter das kann schnell nach Belieben ein- und ausgeschaltet werden, nichtSupraleiter,Das wird die Ladung verlieren, die ihnen gegeben wurde, sobald die Band sie nicht mehr liefert.

Warum ist Graphen nicht gut für den Bau von Chips?

Wie ich bereits erwähnt habe, ist Graphen ein extrem effizienter Stromleiter, aber nicht viel mehr. Es kann eine Ladung mit einer unglaublichen Geschwindigkeit bewegen, aber es kann es nicht behalten. In einem Binärsystem müssen Sie möglicherweise Daten beibehalten, damit Ihre laufenden Programme nicht sofort beim Öffnen geschlossen werden. So ist es beispielsweise in einem RAM-Chip wichtig, dass die darin enthaltenen Daten auf absehbare Zeit lesbar bleiben und lesbar bleiben. Wenn ein Transistor in dem "Ein" -Zustand ist, registriert er eine "1". In einem "Aus" -Zustand registriert er eine "0". Ein Supraleiter wäre nicht in der Lage, "abzuschalten", weil der Unterschied zwischen "Ein" und "Ein" ist Die "Aus" -Spannung ist so klein (wegen der winzigen Bandlücke, die ich zuvor erwähnt habe).

Das heißt nicht, dass Graphen keinen Platz in einem modernen Computer haben würde. Es könnte sicherlich verwendet werden liefern Informationen von einem Punkt zum anderen schnell. Außerdem könnten wir, wenn wir es durch andere Technologien ergänzen, möglicherweise Graphen sehen, das irgendwann in der Zukunft in Transistoren verwendet wird. Ob dies eine effiziente Kapitalanlage wäre, liegt in der Entscheidung der Branche.

Es gibt ein anderes Material!

Eines der Probleme mit Silizium ist seine Unflexibilität bei Arbeiten auf ultradünnen Oberflächen. Ein Stück Silizium konnte nur so dünn geschabt werden, dass es funktionstüchtig war. Deshalb haben wir zuerst den Einsatz von Graphen untersucht (es ist ein Atom dick). Da sich Graphen nicht als vielversprechend erweisen kann, ohne in die Entwicklung von Lkw-Ladungen Geld zu investieren, haben Wissenschaftler begonnen, andere Materialien zu testen, von denen eines istTitantrisulfid (TiS3). Das Material hat nicht nur die Fähigkeit, selbst in der Dicke eines einzelnen Moleküls zu funktionieren, es hat auch eine Bandlücke, die der von Silizium sehr ähnlich ist.

Die Auswirkungen davon sind weitreichend für Produkte der Miniaturtechnologie, die eine große Menge an Hardware in einem sehr beschränkten Platzangebot packen. Dünnere Materialien leiten Wärme auch effizienter ab, wodurch sie für große stromhungrige Computer vorteilhaft sind.

Jetzt sind Sie an der Reihe, Ihre Meinung zum Ersatz von Silizium zu teilen. Hinterlasse einen Kommentar mit deinen Gedanken!