Nitơ lỏng được sử dụng rộng rãi trong suốt quá trình sản xuất chất bán dẫn để loại bỏ nhiệt và tạo môi trường trơ trong các khu vực xử lý quan trọng. Tuy nhiên, khi đạt đến nhiệt độ sôi là 77 Kelvin hoặc -196 °C, nó không thể được sử dụng trong một số ứng dụng nhất định nữa vì thế hệ bóng bán dẫn nanosheet hiện tại không được thiết kế để chịu được nhiệt độ loại này.
Hạn chế này thật đáng tiếc vì người ta đã đưa ra giả thuyết rằng chip có thể tăng hiệu suất của chúng trong môi trường như vậy. Giờ đây, khả năng này có thể trở thành hiện thực, như được thể hiện qua ý tưởng bóng bán dẫn nanosheet mà IBM đã trình bày tại Hội nghị Thiết bị Điện tử Quốc tế IEEE 2023 được tổ chức vào đầu tháng này tại San Francisco.
Khái niệm bóng bán dẫn cho thấy hiệu suất gần gấp đôi tại điểm sôi của nitơ, so với điều kiện nhiệt độ phòng là 300 K. Hiệu suất tăng lên này là do sự phân tán hạt mang điện ít hơn, dẫn đến mức tiêu thụ điện năng thấp hơn. Việc giảm nguồn điện có thể giúp giảm kích thước chip bằng cách giảm độ rộng bóng bán dẫn. Thật vậy, sự phát triển này có khả năng dẫn đến việc tạo ra một lớp mới của những con chip mạnh mẽ được phát triển với khả năng làm mát bằng nitơ lỏng mà không khiến chip bị quá nóng.
Ý tưởng bóng bán dẫn nanosheet của IBM cũng có thể đóng một vai trò trong việc thay thế FinFET bằng bóng bán dẫn nanosheet, vì loại bóng bán dẫn nanosheet này có khả năng đáp ứng tốt hơn nhu cầu kỹ thuật cho chip 3 nm. Các thuận lợi Nhìn chung, các bóng bán dẫn nanosheet trên FinFET bao gồm kích thước giảm, dòng truyền động cao, độ biến thiên giảm và cấu trúc cổng xung quanh. Dòng điện cao đạt được bằng cách xếp chồng các tấm nano. Trong một ô logic tiêu chuẩn, các kênh dẫn có hình dạng nanosheet được xếp chồng lên nhau trong một khu vực chỉ có thể chứa một cấu trúc FINFE.
Chúng ta có thể mong đợi các bóng bán dẫn nanosheet sẽ ra mắt ngành công nghiệp của chúng với các nút cấp 2 nm, chẳng hạn như TSMC N2 và Intel 20A. Chúng cũng được sử dụng trong bộ xử lý nguyên mẫu 2 nm đầu tiên của IBM.
Nói rõ hơn, công nghệ chip càng nhỏ thì càng tốt, và ở đây, các bóng bán dẫn nanosheet sẽ thúc đẩy ngành công nghiệp này.
Theo Ruqiang Bao, nhà nghiên cứu cấp cao của IBM, kiến trúc thiết bị nanosheet cho phép IBM lắp 50 tỷ bóng bán dẫn trong một không gian có kích thước gần bằng móng tay. Nói tóm lại, công nghệ nanosheet sẽ được chứng minh là không thể thiếu trong việc thu nhỏ quy mô các thiết bị logic, như được nhấn mạnh bởi IEEE.