Tízszer tovább működő telefonok, zéró vámpírfogyasztás

Mindennapi elektronikai eszközeink még kikapcsolt állapotban is sokat fogyasztanak – az egy lakásban levő készülékek készenléti üzemmódjának éves szintű fogyasztása már jelentős többletköltséget jelent. Az Egyesült Államok háztartásainak összesített elektromos számlájából 10 százalékkal részesedik ez a fajta fogyasztás, míg az öreg kontinensen akkorára tehető az így elpazarolt energia, mint Ausztria, Csehország és Portugália egy éves fogyasztása, állítja az IBM Research.

Ezt felismerve az Európai Unió több millió eurós kutatási projekt szponzorálásába szállt be, amely a hétköznapi elektronikai eszközök hatékonyságának növelését hivatott felmérni és megvalósítani. A három éves, Project Steeper névre keresztelt kutatás nagyratörő célokat tűzött ki: olyan készülékek kifejlesztésének ígéretét hordozza magában, melyek akár tízszer tovább is üzemképesek maradhatnak egyetlen akkumulátortöltés mellett, illetve nem veszítenek energiát készenléti üzemmódban. A kutatók az alapoknál fognak neki a feladatnak: minden elektronika alapkövére, a tranzisztorra fókuszálnak.

De mi is a probléma az elektronikus áramkörök kapuival? Tudni kell, hogy működésük közben valamennyi elektromosság „elszivárog” – a jelenség kicsit a csöpögő csaphoz hasonlít. Egymagában ez jelentéktelen veszteségnek számít, de vegyük figyelembe, hogy egy mikroprocesszorban több tíz- vagy százmillió tranzisztor található, a legmodernebb CPU-kban pedig már milliárdnyi kapu dolgozik. A jelenség ráadásul egyre komolyabb problémát jelent, ahogy minél több ilyen elem zsúfolódik össze egy lapkán, és nem pusztán a tranzisztorszám növekedése miatt. A köztük lévő szigetelőréteg ugyanis egyre kisebbé válik (nanométeres „távolságokról” van szó!), és így csökken a hatékonysága.

A megoldás – elméletileg – pofonegyszerű: meg kell szüntetni a szivárgást! Ahogy az lenni szokott, a megvalósítás már kicsit problémásabb: a tanulmány készítői szerint kevésbé szivárgó tranzisztorok létrehozására ugyan komoly fejlesztőmunka révén lehetőségünk lesz, de mire ezek megjelennek az iparban, a tömegtermelésben, 6-10 év is eltelhet. A munkát pedig addig is koordinálni kell – erre az Ecole Polytechnique Federale de Lausanne és az IBM vállalkozott. Természetesen nem csak a fenti szervezetek vesznek részt a projektben, hanem számos európai felsőoktatási és kereskedelmi kutatóintézet is.

Látszik a fény az alagút végén
A cél eléréséhez bizonyos szinten szakítani kell az eddigi megközelítéssel. A szilícium sem „mindenható”, a kutatók ezért új anyagokkal is kísérleteznek. Emellett pedig az 1970-es évek óta használt MOSFET (fémoxid félvezető térvezérlésű tranzisztor) design helyettesét is keresik, így került képbe az alagúteffektust alkalmazó technika. Az erre alapuló tranzisztorokat már évek óta vizsgálják, de ezt használó – kereskedelmi forgalomban kapható – eszköz még nem készült.

A kutatók egyik csoportja azzal foglalkozik, hogy ilyen kapukat hozzon létre szilíciumból és szilícium-germániumból, egy másik pedig félvezető tulajdonságokkal bíró nanocsövekkel kísérletezik. Ezek a henger alakú, alig pár nanométeres átmérővel bíró csövek jobb elektrosztatikus paraméterekkel bírnak a hagyományos megoldásokhoz képest. Ráadásul jóval alacsonyabb tápfeszültséggel – kevesebb mint 0,5 volttal – működtethetők, amivel a jelenlegi termékek fogyasztási paraméterének tizedével rendelkeznek, közölte az IBM zürichi kutatórészlegénél dolgozó Heike Riel.

Heike Riel, IBM Research

Három év múlva bemutathatják első, működőképes nanocsöves félvezetőeszközüket a kutatók – ha minden a tervek szerint alakul. Ezt követi a kutatás második fázisa, melynek során megpróbálják a szilícium ostyára (wafer) ültetett indium-arzenidből növesztett nanocsöveket ipari körülmények között előállítani. Ha sikerül egy hatékony gyártási eljárást létrehozni, akkor pedig még az évtized vége előtt beindulhat a tömeggyártás.