Az egykristályból növesztett szilícium waferek a modern chipek alapjai - ennek köszönhetjük, hogy ma ilyen sokféle okoseszköz segíti életünket. Ugyanakkor mostanra a szilícium félvezető határaihoz értek a chipfejlesztők, egyre drágább és nehezebb a gyorsabb, bonyolultabb chipek előállítása. A megoldás a szilícium teljes leváltása lehet, de még nem találtak ennél alkalmasabb alapanyagot - egészen mostanáig.
A kvantumpontok elképzelhetetlenül kicsi, kristályos szerkezetű, szilárd részecskék és minden tekintetben jobb paraméterekkel rendelkeznek, mint a szilícium. Noha a kvantumpontokat már évek óta ismerik és kutatják, sokáig egy nagyon komoly gond akadályozta meg, hogy komoly alternatívája lehessen a szilíciumnak. A mindössze ötezer atom nagyságú, kvantumpontokból felépített egységeket ugyanis nem lehet egymáshoz illeszteni, úgy, ahogy azt a szilíciumnál megoldották. Ehhez a kvantumkutatás más területein segédanyagokat használnak, ám ez a félvezetőtechnológiánál nem megoldás, mert minden más anyag jelentősen lerontja a kvantumpontok hihetetlenül jó elektromos tulajdonságait.
Ragasztó helyett építés
A megoldásra a Cornell Egyetem kutatója, Tobias Hanrath és csapata találtak rá. Ahelyett, hogy ragasztóanyag után kutattak volna, a kvantumpontokat méret szerint válogatták össze. A felfedezés átütő erejű, ugyanis a 100 százalékig azonos méretű kvantumpontok egymással találkozva automatikusan összekapcsolódnak és egy nagyobb kristályt hoznak létre.
Ehhez a kutatócsoport elsőként ólom és szelén felhasználásával nanokristályokat készítettek, majd ezeket használták fel kétdimenziós, négyzetes alakú szuperstruktúrák létrehozására. Ezek a Lego-elemek már képesek voltak összekapcsolódni anélkül, hogy külső anyagot kellett volna felhasználni. A laboratóriumi mérések kimutatták, hogy az így előállított anyag elektromos tulajdonságai minden eddigi félvezető kristályénál nagyságrendekkel jobbak. Megfelelő felhasználás mellett hihetetlenül energiatakarékos, mégis hatalmas számítási teljesítményű chipeket lehet építeni kvantumpontos nanokistály-szerkezetű félvezetővel.
A holnapután technológiája
Hogy mégsem fogunk már egy-két éven belül találkozni ilyen chipekkel, annak csupán egy akadálya van. A kvantumpontokból felépített struktúrák mérete nem tökéletesen azonos, nagyjából ötszázalékos szórás mutatható ki, ami néhányezer atomnyi eltérést jelent a végeredménynél. Ezzel szemben a szilíciumnál minden atom pontosan azonos méretű.
A kutatást vezető Hanrath elmondása szerint az eredmény egyszerre jó és rossz hír. Egyrészt örvendetes, hogy végre sikerült kvantumpontokból félvezetőt előállítani, ugyanakkor a rossz hír az, hogy máris belefutottak egy nagyon komoly akadályba, amit ugyanolyan nehéz lesz megoldani, mint magának a tiszta kvantumpont-kristálynak az előállítását. Éppen ezért a Cornell Egyetem kutatócsapata várja, hogy áttörő felfedezésükre támaszkodva valaki előhozakodjon egy kémiai-technológiai ötlettel, amely segít megtenni a következő nagy lépést a kvantumpont-alapú chipek felé.
Haladás, de milyen áron?
Ahogy a kvantumpont-alapú félvezetőkristály esetében, úgy a többi chipfejlesztési technológiánál is hamar elmúlik a kezdeti lelkesedés - feltéve persze, hogy sikerül megoldani az eltérő méretbeli gondot - és marad a kínos kérdés, hogy mekkora költség ezt tömeggyártásban alkalmazni. IT-fejlesztések közül több is azért futott zátonyra az elmúlt években, mert tömeggyártásban sokkal jobban megdobta volna a késztermék árát, mint amennyi hasznot hozott volna. Ebbe a problémába futott bele több Li-Ion-t leváltó akkumulátor-technológia, új generációs kijelző és chipdizájn is.
A szilícium hatalmas előnye, hogy viszonylag olcsón és jó hatékonysággal állítható elő, a jelenlegi gyártástechnológiák még egy darabig skálázhatók is, így az véleményünk szerint borítékolható, hogy ameddig a szilícium kitart, addig a kvantumpont-alapú megoldás nem fogja átvenni szerepét.
