Lupaavat Beyond-CMOS-teknologiat: Katsaus tulevaisuuden transistoriteknologioihin
Hirvelä, Jaakko (2023)
2023
Tieto- ja sähkötekniikan kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Computing and Electrical Engineering
Informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunta - Faculty of Information Technology and Communication Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2023-01-30
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202301251766
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202301251766
Tiivistelmä
Prosessorien kehitystä on kauan ohjannut Mooren laki, jonka mukaan prosessorien transistoritiheys kaksinkertaistuu joka toinen vuosi. Laki on kuitenkin viime vuosina alkanut hidastumaan ja jatkuva transistorien pienentäminen kallistuu ja vaikeutuu vuosi vuodelta. Virrankulun kontrollointi nanometrien mittakaavaan skaalatuissa transistoreissa on vaativaa. Tutkimusta vaihtoehtoisista teknologioista on tämän vuoksi tehty. Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on selvittää, millaisia vaihtoehtoja tulevaisuus tuo muun muassa prosessorien valmistuksessa käytettävän MOSFET- (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) ja CMOS-teknologian (complementary metaloxide-semiconductor) rinnalle.
Työ suoritettiin kirjallisuuskatsauksena. Aineistona käytettiin mahdollisimman tuoreita oppikirjoja ja tutkimuspapereita aiheesta. Erityisesti IEEE:n julkaisema IRDS (international roadmap for devices and systems) antoi hyvin suuntaa, mihin keskittyä työssä.
Työssä esitellään MOSFET- ja CMOS-teknologian toimintaa, joihin muita työssä käsiteltyjä teknologioita voi vertailla. Työn pääasiallisena tarkastelun kohteena on tulevaisuuden transistoriteknologioita, joista on tehty jo paljon tutkimusta mutta jotka odottavat vielä kaupallista läpimurtoa. Työssä käydään läpi, miten kvanttimekaaniseen tunnelointiin, spintroniikkaan ja hiilinanoputkiin nojautuvat transistoriteknologiat toimivat sekä pohditaan edellämainittujen teknologioiden kypsyysastetta. Osana kypsyysasteiden arviointia tutkitaan transistoriteknologioiden tämän hetken ongelmia
ja haasteita.
Työssä tehdyn selvityksen perusteella on hyvin mahdollista, että tulevaisuudessa transistoreita valmistetaan kaupallisen tason mittakaavassa merkittävästi nykyisestä poikkeavalla teknologialla. Esimerkiksi hiilinanoputkien avulla valmistetuilla transistoreilla on tehty jo useita toimivia prototyyppiprosessoreita.
Työ suoritettiin kirjallisuuskatsauksena. Aineistona käytettiin mahdollisimman tuoreita oppikirjoja ja tutkimuspapereita aiheesta. Erityisesti IEEE:n julkaisema IRDS (international roadmap for devices and systems) antoi hyvin suuntaa, mihin keskittyä työssä.
Työssä esitellään MOSFET- ja CMOS-teknologian toimintaa, joihin muita työssä käsiteltyjä teknologioita voi vertailla. Työn pääasiallisena tarkastelun kohteena on tulevaisuuden transistoriteknologioita, joista on tehty jo paljon tutkimusta mutta jotka odottavat vielä kaupallista läpimurtoa. Työssä käydään läpi, miten kvanttimekaaniseen tunnelointiin, spintroniikkaan ja hiilinanoputkiin nojautuvat transistoriteknologiat toimivat sekä pohditaan edellämainittujen teknologioiden kypsyysastetta. Osana kypsyysasteiden arviointia tutkitaan transistoriteknologioiden tämän hetken ongelmia
ja haasteita.
Työssä tehdyn selvityksen perusteella on hyvin mahdollista, että tulevaisuudessa transistoreita valmistetaan kaupallisen tason mittakaavassa merkittävästi nykyisestä poikkeavalla teknologialla. Esimerkiksi hiilinanoputkien avulla valmistetuilla transistoreilla on tehty jo useita toimivia prototyyppiprosessoreita.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8315]