Dans le dispositif logique NFL, le premier SPW (kBias) est lancé, suivi du lancement d'un deuxième SPW (kC2), qui dirige le premier SPW dans la borne de drain gauche pour la détection, où il est identifié comme un "1" logique. Droit d'auteur de l'image :De Los Santos. ©2009 IEEE.
(PhysOrg.com) -- Les ordinateurs du futur pourraient ne pas fonctionner avec des électrons, mais sur de minuscules ondes voyageant à travers un « fluide électronique », " si une nouvelle proposition est retenue. La nouvelle conception du circuit, récemment présenté par le Dr Héctor J. De Los Santos, CTO de NanoMEMS Research, SARL, à Irvine, Californie, peut être un candidat prometteur pour remplacer les circuits à base de CMOS, et finalement continuer la croissance de densité de circuit décrite par la loi de Moore.
Comme Gordon Moore l'avait prédit il y a plus de 40 ans, le nombre de transistors pouvant tenir sur une puce informatique a doublé environ tous les 18 mois. Mais si la tendance doit se poursuivre pour les années à venir, il devra utiliser une technologie autre que la conception CMOS conventionnelle. Comme la taille des transistors descend à l'échelle nanométrique, Les appareils CMOS commencent à souffrir de plusieurs problèmes, comme une résistance accrue, diminution de la mobilité des canaux, et l'augmentation des coûts de fabrication.
Pour surmonter les défis liés à la mise à l'échelle, des chercheurs du monde entier ont commencé à chercher des alternatives à la technologie CMOS. Le concept de De Los Santos, appelée logique nano-électronique-fluidique (NFL), est basé sur le flux de plasmons dans un gaz d'électrons de type fluide (essentiellement un fluide d'électrons). Il prédit que les portes logiques avec la conception NFL offrent le potentiel de vitesses de commutation femtosecondes et de dissipations de puissance sub-femtojoule à température ambiante - des nombres qui seraient extrêmement capables de poursuivre la loi de Moore au-delà du CMOS. L'article de De Los Santos sera publié dans un prochain numéro de Transactions IEEE sur la nanotechnologie .
Comme l'explique De Los Santos, le concept NFL tire parti des propriétés des ondes plasma de surface (SPW). Ces ondes se propagent sur la couche d'inversion à l'interface isolante grille-semi-conducteur (qui, dans ce cas, incorpore un fluide électrique) et se comporte comme un guide d'onde SPW. Lorsque deux SPW entrent en collision, ils se repoussent. Dans la configuration de l'appareil, un SPW est lancé depuis une direction particulière pour entrer en collision avec un autre SPW, provoquant sa dispersion dans l'une des deux directions, où il est détecté et interprété comme un « 1 » ou, s'il n'est pas détecté, un « 0 ».
Pour commencer le processus, un SPW est lancé dans un canal rempli de fluide électronique qui se divise en deux canaux, chacun avec un détecteur à la fin. Sous aucune force extérieure, le SPW sera divisé également de sorte que des portions égales seront détectées aux deux terminaux d'extrémité. Mais lorsqu'un deuxième SPW est lancé dans le canal principal par la gauche ou la droite, cela entraînera la déviation du SPW d'origine dans la fourche opposée. Par exemple, un deuxième SPW venant de la droite dirigerait le SPW d'origine vers la fourche gauche. Lorsque le SPW est détecté à la borne d'extrémité gauche, et pas le droit, le dispositif NFL forme la base d'une bascule logique, avoir la possibilité de stocker un bit de mémoire.
La conception SPW est conceptuellement différente de la conception CMOS dans le sens où elle est basée sur des ondes plutôt que sur des particules. De Los Santos compare le concept SPW à une vague dans un étang qui se produit lorsqu'un caillou tombe dans l'eau. Dans cette analogie, l'eau est le fluide électronique, la perturbation est un écart par rapport à la neutralité de charge en un point donné du fluide électronique (plutôt que l'écart par rapport à la position d'équilibre d'une particule se déplaçant de haut en bas), et la perturbation portant l'écart de la neutralité de charge est le SPW.
"Remarquerez que, tandis que la perturbation s'éloigne de son point d'origine, une particule à la surface de l'eau reste au même endroit; il ne fait que monter et descendre, " De Los Santos a déclaré PhysOrg.com . "Ainsi, la propagation de la perturbation n'entraîne pas le transport de masse. En réalité, la perturbation [SPW] se déplace à une vitesse plus rapide que celle à laquelle les particules massives d'eau [électrons] pourraient être transportées. Cela établit, qualitativement, pourquoi la vitesse d'un SPW est supérieure à celle d'un électron.
En comparaison, une logique CMOS conventionnelle est basée sur le transport d'électrons à travers un canal en établissant un courant d'électrons. Comme l'explique De Los Santos, le courant d'électrons est composé d'un assemblage d'électrons individuels qui subissent individuellement des collisions avec des impuretés et le réseau semi-conducteur de fond vibrant. Ces collisions limitent la vitesse maximale, et la puissance dissipée minimale, réalisable pour effectuer une fonction logique.
"Donc, La NFL est fondamentalement basée sur le lancement par vagues (SPW), propagation et manipulation, et CMOS est basé sur la modulation de la conductivité du canal et le transport des particules, " il a dit.
Dans le cas de l'appareil NFL, la clé pour optimiser sa densité est de trouver une longueur d'appareil optimale pour la fréquence de fonctionnement souhaitée.
« Une fois lancé, Les SPW ont une durée de vie qui dépend de la distance à laquelle ils se propagent, », a déclaré De Los Santos. « Si le point où ils sont détectés est trop éloigné du point d'origine, les SPW mourront avant d'y arriver; aucune opération logique ne peut être effectuée. La distance étant trop grande, la taille de l'appareil sera trop grande, et la densité de l'appareil sera faible. Maintenant, si le point de détection est trop proche de l'origine, les SPW rebondiront/se refléteront au point de détection, et se propager jusqu'au point d'origine, où ils seront à nouveau réfléchis et se propageront jusqu'au point de détection et ainsi de suite ; c'est une condition de résonance. Dans ce cas, l'appareil est petit, la densité est grande, mais ce que nous avons est un oscillateur. Cependant, si le point de détection est situé à une distance telle que le SPW est détecté avant sa mort, pour que l'aller-retour au point de lancement soit tel qu'il meurt avant d'y arriver, alors nous avons la bonne taille d'appareil, et la bonne densité d'appareils pour la NFL.
Avec la limitation de résonance à l'esprit, De Los Santos prédit que la densité ultime du dispositif serait celle du plus petit plasmon possible, qui est un dipôle électrique. Puisque le plus petit dipôle électrique est un atome, la densité serait égale à la densité atomique surfacique du type d'atome utilisé. Par rapport aux tailles de fonctionnalités CMOS actuelles, la logique de la NFL pourrait potentiellement remplir la même fonction dans seulement un quart de la zone.
En plus de son potentiel de haute densité, la logique NFL a d'autres avantages, tels qu'une vitesse de fonctionnement rapide et une faible consommation d'énergie. Les SPW ont une vitesse de propagation d'environ 1 milliard de cm/sec, qui est de deux ordres de grandeur plus grand que les électrons. A l'échelle nanométrique, cette vitesse permet des temps de commutation de l'ordre de la femtoseconde, ou des fréquences de commutation d'environ 6 THz à température ambiante. Quant à l'énergie, la seule puissance nécessaire est celle nécessaire pour exciter un SPW, ce qui peut être fait par n'importe quel courant continu non nul. Le maintien du fluide électronique nécessite une consommation électrique négligeable, de sorte que la consommation électrique globale de l'appareil soit déterminée par le courant minimum détectable.
En outre, le concept NFL est compatible avec les capacités lithographiques actuelles, lui permettant de tirer parti de l'infrastructure de fabrication de semi-conducteurs établie. Les portes logiques NFL pourraient également être interfacées avec de l'électronique conventionnelle. À l'avenir, De Los Santos prévoit de continuer à étudier les possibilités de la logique NFL.
« La recherche et le développement sont en cours pour aborder la conception basée sur la NFL, en particulier, styles de conception de logique asynchrone, et l'interfaçage avec les électrons, systèmes photoniques et plasmoniques, », a déclaré De Los Santos. « Les fonctions de circuit logique numérique basées sur la NFL devraient remplacer le CMOS en tant que technologie qui imprégnera les ordinateurs, ordinateurs portables, et des téléphones portables aux satellites de communication, équipements d'instrumentation et automobiles du futur.
Plus d'information: Héctor J. De Los Santos. « Théorie de la logique nano-électronique-fluidique (NFL) :un nouveau concept d'« électronique » numérique. » Transactions IEEE sur la nanotechnologie . Être publié.
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