Układy scalone takie jak mikroprocesory (np. CPU czy GPU) stanowią podstawowy element każdego nowoczesnego komputera i ich wydajność stanowi o wydajności całej maszyny. Przez lata były i ciągle są udoskonalane, a ich wydajność zgodnie z prawem Moore’a niezmiennie rośnie w tempie wykładniczym już od początku lat 70, a dokładniej od 1971r kiedy to powstał pierwszy komercyjny 4-bitowy mikroprocesor „Intel 4004” o taktowaniu 108kHz, zajmował powierzchnię 12mm2, wykonywał 60 tys. operacji na sekundę i składał się z 2300 tranzystorów. Dla porównania nowoczesne topowe mikroprocesory takie jak Intel Core i9 13 generacji mają 14200 miliony tranzystorów (ponad 6milionów razy więcej), ich taktowanie może dochodzić nawet do 5.8GHz (ponad 53 tysiące razy więcej), a mimo to zajmują powierzchnię wyłącznie 1687.5mm2 (tylko około 140 razy więcej).
Mimo tak znacznych postępów jakie poczyniliśmy w optymalizacji mikroprocesorów nieuniknione jest to, że kiedyś nie będzie się już dało zminiaturyzować tranzystorów, przez co jedyną opcją, aby zwiększyć wydajność mikroprocesora będzie fizyczne zwiększenie jego rozmiarów. Na szczęście poza optymalizacją samych tranzystorów można usprawnić też inne elementy – takie jak materiał, na którym są umieszczone. Obecnie bazę większości mikroprocesorów stanowi wafel krzemowy, czyli wolny od defektów (99,9999% czystości) monokryształ krzemu (zazwyczaj pozyskiwany metodą opracowaną przez Polaka Jana Czochralskiego w 1916r.) przycięty na odpowiednią grubość. Poza czystym krzemem, który jest najpopularniejszą podstawą, niektóre mikroprocesory wykorzystują między innymi azotek galu, węglik krzemu, arsenek galu czy fosforek indu. Ale nowe badania wskazują na to, że diament może stanowić przyszłość mikroprocesorów. Diament ma wspaniałą przewodność cieplną (16 razy lepszą niż krzem), jest znacznie bardziej odporny na wysokie jak i niskie temperatury (krzem topi się w temperaturze 1410°C, a diament około 3500°C), jest odporny na olbrzymie napięcie i natężenie, oraz inne ekstremalne warunki znacząco przewyższając możliwości krzemu. Biorąc pod uwagę te właściwości diamentu powinno wydawać się oczywiste że stanowi on materiał na idealny półprzewodnik, ale problem polega na tym że diament w niezmienionej postaci jest zwyczajnym izolatorem, co stanowi fundamentalny problem, jeśli chce się nim zastąpić krzem w mikroprocesorach. Mimo tej natury diamentu, która wydawać by się mogło dyskwalifikuje go z konkurencji o tytuł półprzewodnika przyszłości, naukowcy znaleźli sposób, aby poprzez modyfikację jego powierzchni uzyskać pożądane właściwości półprzewodnika i tworzą oni już pierwsze prototypowe diamentowe chipy komputerowe, a wyniki ich badań są nad wyraz obiecujące.
Mimo że idea posiadania diamentowych komponentów w swoich urządzeniach jest bardzo powabna, należy pamiętać o tym, że ta technologia jest dopiero w fazie wczesnego rozwoju i zanim trafi pod strzechy będzie trzeba rozwiązać jeszcze wiele problemów związanych z ich produkcją – takich jak odpowiedzialne środowiskowo pozyskiwanie odpowiednich diamentów na masową skalę, ponieważ mimo iż już teraz dysponujemy odpowiednią technologią, aby tworzyć takie materiały, są one zbyt drogie w produkcji i proces ich wytwarzania wymaga jeszcze wielu usprawnień zanim zmiana z krzemu na diament stanie się możliwa.
Autor: Paweł Olszewski
Linki do źródeł:
https://diamondfoundry.com/pages/diamond-semiconductor-technology
https://medium.com/thelabs/diamonds-could-be-the-crown-jewel-in-future-electronics-40b1211e91a1
https://pl.wikipedia.org/wiki/Wafel_krzemowy
https://pl.wikipedia.org/wiki/Wafel_krzemowy
Dla tych którzy chcą więcej:
https://www.youtube.com/watch?v=NlO9F-gl9e4
