El crecimiento histórico de la potencia informática de IC ha cambiado profundamente la forma en que creamos, procesamos, comunicamos y almacenamos información. El motor de este crecimiento fenomenal es la capacidad de reducir las dimensiones del transistor cada pocos años. Esta tendencia, conocida como la ley de Moore, ha continuado durante los últimos 50 años. La desaparición prevista de la ley de Moore ha demostrado repetidamente que está equivocada gracias a los avances tecnológicos (p. Ej., Técnicas de mejora de la resolución óptica, puertas de metal de alta k, transistores de puertas múltiples, tecnología de cuerpo ultra delgado completamente agotada y apilamiento de obleas en 3-D). Sin embargo, se proyecta que en una o dos décadas, las dimensiones del transistor llegarán a un punto en el que no será económico reducirlas más, lo que eventualmente resultará en el final de la hoja de ruta de escala CMOS. Este ensayo analiza el potencial y las limitaciones de varios candidatos post CMOS que actualmente persigue la comunidad de dispositivos.
Transistores empinados: la capacidad de escalar el voltaje de suministro de un transistor está determinada por el voltaje mínimo requerido para cambiar el dispositivo entre un estado encendido y uno apagado. La pendiente por debajo del umbral (SS) es la medida utilizada para indicar esta propiedad. Por ejemplo, un SS más pequeño significa que el transistor se puede encender usando un voltaje de suministro más pequeño mientras se cumple la misma corriente de apagado. Para los MOSFET, el SS tiene que ser mayor que ln (10) × kT / q donde k es la constante de Boltzmann, T es la temperatura absoluta y q es la carga de electrones. Esta restricción fundamental surge de la naturaleza termoiónica del mecanismo de conducción MOSFET y conduce a una compensación fundamental de potencia / rendimiento, que podría superarse si se pudieran alcanzar valores de SS significativamente más bajos que el límite teórico de 60 mV / década. Se han propuesto muchos tipos de dispositivos que podrían producir valores de SS pronunciados, incluidos los transistores de efecto de campo de túnel (TFET), los dispositivos del sistema nanoelectromecánico (NEMS), los FET de puerta ferroeléctrica y los MOSFET de ionización de impacto. Varios artículos recientes han informado de la observación experimental de valores de SS en TFETs tan bajos como 40 mV / década a temperatura ambiente. Las principales limitaciones de estos llamados dispositivos “empinados” son su baja movilidad, corriente de accionamiento asimétrica, SS dependiente de sesgo y mayores variaciones estadísticas en comparación con los MOSFET tradicionales.
Dispositivos de giro: Spintronics es una tecnología que utiliza la dirección de giro de los imanes nano como variable de estado. Spintronics tiene propiedades únicas sobre CMOS, incluida la no volatilidad, el recuento de dispositivos más bajo y el potencial para arquitecturas de computación no booleanas. La no volatilidad de los dispositivos Spintronics permite el encendido y apagado instantáneo del procesador que podría reducir drásticamente el consumo de energía estática. Además, puede habilitar nuevas arquitecturas de procesador en memoria o lógica en memoria que no son posibles con la tecnología de silicio. Aunque en su infancia, la investigación en espintrónica ha estado ganando impulso en la última década, ya que estos dispositivos podrían superar el cuello de botella de la escala CMOS al ofrecer un paradigma informático completamente nuevo. En los últimos años, se han realizado progresos hacia la demostración de varios dispositivos espintrónicos post-CMOS que incluyen lógica de todo giro, dispositivos de onda de giro, imanes de pared de dominio para aplicaciones lógicas y RAM magnetorresistiva de par de transferencia de espín (STT-MRAM) y par de spin-Hall (SHT) MRAM para aplicaciones de memoria. Sin embargo, para que la tecnología spintronics se convierta en una plataforma de dispositivo viable posterior al CMOS, los investigadores deben encontrar formas de eliminar los transistores necesarios para controlar el reloj y las señales de suministro de energía. De lo contrario, el rendimiento siempre estará limitado por la tecnología CMOS. Otros desafíos pendientes para los dispositivos spintronics incluyen su relativamente alta potencia activa, corta distancia de interconexión y complejo proceso de fabricación.
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Electrónica flexible: los sistemas electrónicos distribuidos de gran área (cm2 a m2) basados en tecnología de transistor de película delgada flexible (TFT) están atrayendo mucha atención debido a propiedades únicas como conformabilidad mecánica, procesabilidad a baja temperatura, cobertura de área grande y baja Costos de fabricación. Varias formas de TFT flexibles pueden habilitar aplicaciones que no se podían lograr con la tecnología tradicional basada en silicio, o superarlas en términos de costo por área. La electrónica flexible no puede igualar el rendimiento de los circuitos integrados basados en silicio debido a la baja movilidad del operador. En cambio, esta tecnología está destinada a complementarlos al habilitar sistemas de sensores distribuidos en un área grande con un rendimiento moderado (menos de 1 MHz). El desarrollo de técnicas de inyección de tinta o de impresión de rollo a rollo para TFT flexibles está en marcha para la fabricación de bajo costo, haciendo factibles las implementaciones a nivel de producto. A pesar de estos nuevos desarrollos alentadores, la baja movilidad y la alta sensibilidad a los parámetros de procesamiento presentan grandes desafíos de fabricación para realizar sistemas electrónicos flexibles.
