Исследователи из Hong Kong Polytechnic University вместе с коллегами разработали экспериментальный туннельный полевой транзистор TFET, который способен работать ниже знаменитого предела Больцмана.

Для обычных MOSFET при комнатной температуре существует фундаментальное ограничение: подпороговый размах практически невозможно сделать меньше примерно 60 мВ на декаду тока.

Из-за этого дальнейшее снижение рабочего напряжения приводит к росту утечек и мешает уменьшать энергопотребление процессоров.

Новый транзистор использует совершенно другой механизм — квантовое туннелирование.

Вместо того чтобы заставлять электроны получать энергию и перелезать через потенциальный барьер, исследователи позволяют им квантово туннелировать через него.

Команда создала сверхтонкую гетероструктуру из висмута Bi и селенида индия InSe. В двумерной форме висмут меняет свои электронные свойства, а специально подобранное расположение энергетических зон обеспечивает эффективное туннелирование носителей.

Результат оказался впечатляющим.

Bi/InSe TFET сохранял подпороговый размах ниже 60 мВ/дек на шести порядках изменения тока.

Показатель I₆₀ достиг примерно 10 мкА/мкм, а отношение токов во включённом и выключенном состояниях превысило 10⁷.

Именно высокий ток особенно важен.

Экспериментальные TFET существовали и раньше, но многие из них выдавали слишком маленький ток во включённом состоянии. Это делало логические схемы медленными и мешало реально конкурировать с MOSFET.

Новый транзистор также работал при комнатной температуре на кремниевой подложке и переключался в диапазоне напряжения затвора всего около 160 мВ.

Для сравнения, исследователи приводят примерно 800 мВ для современных высокопроизводительных FET.

Это не означает, что завтра появятся процессоры, работающие от 0,16 В.

Пока речь идёт об отдельном лабораторном устройстве. Технологии ещё предстоит доказать масштабируемость до миллиардов одинаковых транзисторов, стабильный выход годных кристаллов, долговечность и совместимость со всеми этапами производства микросхем.

Но исследование решает одну из ключевых проблем TFET: сочетает крутое переключение ниже предела Больцмана с достаточно высоким током.

Если технология масштабируется, главный выигрыш может заключаться не только в дальнейшем уменьшении транзисторов, а в возможности выполнять вычисления при существенно меньшем напряжении и энергопотреблении.

Особенно это важно для будущих ИИ-ускорителей, мобильных процессоров и энергоэффективных дата-центров.

Компания Micron объявила о создании Micron Research Labs — нового исследовательского центра, на развитие которого планируется направить около 10 миллиардов долларов в течение следующего десятилетия.

Главный кампус расположится в Бойсе, штат Айдахо, а исследования будут посвящены технологиям, которые могут определить развитие памяти, вычислительных систем и искусственного интеллекта на десятилетия вперёд.

Причём речь идёт не о новом заводе по выпуску DRAM или NAND.

Micron Research Labs создаётся именно как долгосрочный научно-исследовательский центр. Основными направлениями станут новые технологии памяти, перспективные архитектуры памяти и вычислений, advanced packaging и будущие методы производства полупроводников.

Это особенно важно на фоне взрывного развития искусственного интеллекта.

Современные AI-ускорители способны выполнять огромное количество операций, но всё сильнее упираются в скорость передачи данных между процессором и памятью — так называемую memory wall.

Сегодня одним из главных решений этой проблемы является HBM — High Bandwidth Memory. Например, современная HBM4 Micron обеспечивает более 2,8 ТБ/с пропускной способности на один стек, а компания уже производит её для AI-платформ нового поколения.

Но Micron Research Labs должна смотреть значительно дальше HBM4.

Компания хочет исследовать архитектуры, материалы, упаковку и производственные технологии, которые могут появиться только через много лет.

В проект планируют вовлекать университеты, стартапы, государственные организации и другие компании полупроводниковой индустрии. Помимо главного центра в Бойсе, инвестиции пойдут на университетские программы и международную сеть исследовательских лабораторий.

Строительство нового комплекса Micron Research Labs компания рассчитывает начать уже в 2027 году, а работать там смогут сотни исследователей.

И это показывает важную тенденцию современной индустрии.

В гонке ИИ становится недостаточно просто создавать всё более мощные GPU.

Память, её пропускная способность, энергопотребление, плотность и архитектура становятся одним из ключевых факторов, определяющих производительность компьютеров будущего.

SanDisk продвинулась в разработке экспериментальной 3D Matrix Memory — новой архитектуры памяти, которая в перспективе должна занять место между традиционной DRAM и более медленной NAND-памятью.

На Investor Day 2026 технический директор SanDisk Alper Ilkbahar сообщил, что компания уже изготовила первые прототипы на стандартных 300-мм кремниевых пластинах, упаковала тестовые чипы и продемонстрировала работающие массивы объёмом в несколько гигабит. По словам SanDisk, их производительность уже приближается к целевым характеристикам будущего продукта.

Главная идея технологии — уйти от традиционной плоской архитектуры DRAM.

В современной оперативной памяти ячейки в основном масштабируются в плоскости кристалла. Но уменьшать их становится всё сложнее и дороже: техпроцессы приближаются к физическим и экономическим ограничениям.

3D Matrix Memory предлагает строить память вертикально, располагая несколько активных слоёв друг над другом.

SanDisk изначально поставила очень амбициозную цель: получить DRAM-подобную производительность, до четырёх раз большую ёмкость и примерно 50% стоимости бита по сравнению с DRAM. Причём компания ожидает, что ценовое преимущество будет увеличиваться по мере развития технологии.

Почему это особенно важно сейчас?

Рост искусственного интеллекта резко увеличивает спрос на память. Огромным моделям нужны всё большие объёмы RAM рядом с процессорами, а стоимость современных DRAM и HBM становится одной из ключевых проблем вычислительной инфраструктуры.

3D Matrix Memory может предложить другой путь: вместо бесконечного уменьшения каждой отдельной ячейки увеличивать объём за счёт вертикального масштабирования.

Но сделать это намного сложнее, чем просто сложить несколько обычных DRAM-кристаллов.

При изготовлении каждого дополнительного слоя приходится учитывать температуру процесса, совместимость материалов и риск повреждения уже созданных структур. Именно поэтому SanDisk разрабатывает для 3D Matrix Memory новые типы ячеек и новые производственные процессы.

Проект развивается ещё с 2017 года, а примерно с 2023-го компания начала переводить его из чисто исследовательской стадии в направление, ориентированное на будущую продуктовую реализацию. Разработка ведётся совместно с исследовательским центром imec.

SanDisk также рассматривает подключение такой памяти через стандартные интерфейсы вроде CXL, что особенно интересно для серверов, ИИ-систем и больших пулов памяти в дата-центрах.

Но ждать такую память в обычных ПК в ближайшее время не стоит.

Даже сама SanDisk называет 3D Matrix Memory долгосрочным проектом. Компания пока находится на стадии технологической квалификации и тестирования первых многогигабитных массивов.

Тем не менее важный рубеж уже пройден: технология вышла с маленьких лабораторных образцов на стандартные 300-мм пластины, а работающие прототипы постепенно приближаются к характеристикам будущего продукта.

Если заявленные цели удастся реализовать, следующий большой скачок оперативной памяти может произойти не благодаря очередной DDR, а благодаря переходу из двух измерений в три.

Учёные из University of California, Berkeley и Lawrence Berkeley National Laboratory обнаружили необычное свойство хорошо известного материала — диоксида титана TiO₂.

В обычном объёмном состоянии TiO₂ является диэлектриком и не демонстрирует классического сегнетоэлектрического поведения. Но всё меняется, если уменьшить толщину материала до нескольких нанометров.

Исследователи изготовили плёнки TiO₂ толщиной от 1 до 10 нм методом атомно-слоевого осаждения — ALD. Когда толщина опустилась ниже примерно 3 нм, кристаллическая структура начала терять центральную симметрию и переходить в полярное состояние.

И самое необычное — эффект не исчезал при дальнейшем уменьшении материала.

Сегнетоэлектрическое состояние сохранялось даже при толщине около 1 нанометра — приблизительно двух элементарных ячеек кристалла. Более того, по мере уменьшения толщины структурное искажение становилось сильнее.

Обычно у сегнетоэлектриков происходит обратное: при уменьшении толщины поляризация ослабевает и в конце концов исчезает. Здесь же именно переход к атомарным масштабам фактически создаёт новое состояние материала.

Исследователи проверили эффект несколькими независимыми методами, включая рентгеновскую спектроскопию, second-harmonic generation и электрические измерения переключаемой поляризации. Работа опубликована в журнале Science под названием Ferroelectricity in atomic-scale titanium dioxide dielectric films.

Почему это интересно для электроники?

Сегнетоэлектрики способны сохранять направление собственной электрической поляризации даже после отключения питания. Два устойчивых состояния можно интерпретировать как 0 и 1, что делает такие материалы потенциально интересными для энергонезависимой памяти, логики и новых вычислительных архитектур.

При этом TiO₂ уже хорошо знаком полупроводниковой индустрии.

Экспериментальные плёнки удалось выращивать методом ALD при температуре ниже 400 °C, причём эффект сохранялся как на кристаллическом кремнии, так и на аморфных подложках. Это делает материал потенциально совместимым с существующими процессами изготовления микросхем.

Но до появления памяти на таком TiO₂ ещё далеко.

Предстоит проверить ресурс переключения, стабильность хранения информации, масштабируемость производства и поведение материала уже внутри реальных транзисторов и массивов памяти.

Главный результат пока фундаментальный: уменьшение материала до атомарных размеров может не просто сохранить его свойства — оно способно создать свойства, которых у исходного материала вообще не было.

И возможно, именно такие фазовые переходы станут одним из путей к памяти и логике после современной кремниевой электроники.

TSMC вместе с National Yang Ming Chiao Tung University и Academia Sinica продемонстрировала новый подход к созданию транзисторов на однослойном дисульфиде молибдена MoS₂ — двумерном полупроводнике, толщина которого составляет всего около 0,7 нм.

Главная проблема таких материалов заключается не только в самом канале, а в затворном диэлектрике. Поверхность MoS₂ практически не имеет свободных химических связей, поэтому обычные методы нанесения изолятора могут формировать неоднородный слой, увеличивать рассеяние носителей и ухудшать управление транзистором.

Исследователи решили изменить именно интерфейс.

На поверхность однослойного MoS₂ сначала нанесли ультратонкий эпитаксиальный слой алюминия, а затем окислили его. В результате сформировался слой Al₂O₃ толщиной примерно 0,42 нм, который стал атомарно тонким буфером между каналом и основным high-k диэлектриком из HfO₂.

Такой интерфейс позволяет HfO₂ формироваться значительно более равномерно, снижает дефекты и ослабляет нежелательное рассеяние электронов.

Полученные top-gate транзисторы достигли эквивалентной толщины оксида около 1 нм, пиковой крутизны примерно 0,45 мС/мкм при длине затвора около 100 нм и сохранили очень низкие токи утечки и стабильную работу.

Почему это важно?

Современные FinFET и GAAFET нельзя уменьшать бесконечно. При сильном масштабировании кремниевого канала управление током ухудшается, растут утечки и проявляются короткоканальные эффекты.

Двумерные материалы вроде MoS₂ позволяют сделать канал буквально толщиной в несколько атомов, сохранив при этом полупроводниковые свойства. Именно поэтому их рассматривают как один из возможных путей развития логики после современных кремниевых транзисторов.

Но важно: исследование не означает, что TSMC уже создала серийный техпроцесс менее 1 нм. Это экспериментальная технология интерфейса для будущих 2D-транзисторов, и до массовых процессоров ещё предстоит решить вопросы производства, контактов, масштабирования и интеграции миллиардов таких устройств.

Тем не менее один из ключевых барьеров атомарно тонкой электроники стал заметно меньше.

Возможно, следующий большой скачок в процессорах произойдёт уже не за счёт уменьшения кремния, а за счёт его замены на материалы толщиной буквально в один атомный слой.