Science Slam: Nastane koniec doby kremíkovej?

05. jún. 2020 • Chemické vedy

Science Slam: Nastane koniec doby kremíkovej?

Kremík dnes využívajú rôzne odvetvia priemyslu, a preto ho právom môžeme označiť za prvok, ktorý vystihuje modernú dobu. Takmer všetky elektronické obvody v zariadeniach, ktoré denne používame, sú založené na jeho využití. Svoj autentický uhol pohľadu na túto tému ponúkol počas popularizačného podujatia Science Slam aj Michal Blaho z Elektrotechnického ústavu SAV.

Mikroprocesor už obsahuje 10 miliárd súčiastok

„Začal by som pravidlom, ktoré vyslovil zakladateľ spoločnosti Intel, Gordon Moore v 60. rokoch. Predpovedal, že počet prvkov v integrovanom obvode, napríklad v mikroprocesore, ktorý má každý počítač, sa každé dva roky zdvojnásobí. V 60. rokoch obsahoval 20 súčiastok tranzistorov. Realita je taká, že o 10 rokov ich bolo 300, o ďalších 10 rokov už 10 000. Momentálne, po 60 rokoch od tohto výroku, obsahuje mikroprocesor 10 miliárd súčiastok,“ uviedol na začiatku vystúpenia Michal Blaho.

Pokrok v tejto oblasti je podľa vedca otázny a ťažko udržateľný, lebo v mikroprocesore už nie je veľa miesta. Momentálne sa pri umiestňovaní prvkov dostávame až na úroveň atómu. Podľa neho bude teda potrebné vymyslieť niečo nové.

Ilustračný obrázok: mikroprocesor, Zdroj: istockphoto.com

Aj na 5G siete potrebujeme kremík

V týchto dňoch aj na Slovensku opäť rezonuje téma 5G sietí. Ide o mobilnú sieť, ktorá prepojí množstvo zariadení, a to aj takých, ktoré dnes internetové pripojenie nepoužívajú. Komunikovať tak budú spolu nielen mobily či tablety, ale napríklad aj roboty či autonómne autá.

„Predstavme si situáciu, že máme 5G sieť. Kráčate domov z práce, pozeráte na svojom telefóne video, čo vám poslal kamarát, zároveň si streamujete nejakú dobrú pesničku. Zrazu vás aplikácia upozorní, že váš robotický vysávač povysával dom, vonku klesla teplota, žalúzie sa stiahli, oblečenie sa dopralo a v chladničke sú iba tri pivá. Aj to je dnes vďaka moderným technológiám takmer možné,“ povedal mladý elektrotechnik.

Využívanie 5G siete už niektoré krajiny komerčne odštartovali, napríklad Veľká Británia, Južná Kórea, Rumunsko či USA. Mnohé ďalšie ich budú čoskoro nasledovať.

„Poďme sa ale bližšie pozrieť na procesor. Na jeho výrobu nevyhnutne potrebujeme kremík. Aj tento chemický prvok má určité limity. Procesory pracujú pri 2 - 3 GHz, teda aj všetky informácie z vašich smartfónov či počítačov pracujú v tomto rozhraní. Predstavte si, že by ale pracovali pri 200 GHz, teda stokrát rýchlejšie. Nie je to možné práve kvôli limitom, ktoré ma kremík. Ak by sme ale vymenili kremík za gálium nitrid, čo je zlúčenina gália a dusíka, nastal by výrazný posun rozhrania a zrýchlenie by bolo možné,“ povedal Michal Blaho.

Michal Blaho, Zdroj: Xenia Daniela Poslon

Michal Blaho, Zdroj: Xenia Daniela Poslon 

Vymeníme kremík za gálium nitrid?

Výskumom gália nitridu (GaN) sa mladý vedec na svojom ústave zaoberá už viac ako 15 rokov. Tento materiál dokáže udržať vyššie napätie ako kremík a prúd môže cezeň prechádzať rýchlejšie. Raz by mohol nahradiť kremík, ktorý je dnes základným pilierom elektroniky.

„Z materiálu vytvárame iba tenučké vrstvy, ktoré majú rádovo len 2 mikróny, čo je asi tisícina môjho vlasu. Ide o drahý a náročný proces syntetizácie. Túto tenučkú vrstvu položíme na kremíkovú podložku. Vznikne nám „film“, z ktorého dokážeme vytvoriť tranzistor. Opäť sa teda dostávame bližšie k tomu, aby sme vytvorili procesor z gália nitridu, ale, žiaľ, pred nami je ešte dlhá cesta,“ povedal Michal Blaho.

Ilustračný obrázok: kremík, Zdroj: istockphoto.com

Aké sú (ne)výhody kremíka?

V závere svojho vystúpenia sa vrátil k otázkam, ktoré položil publiku na začiatku svojho vystúpenia. Nastane koniec doby kremíkovej? Kedy? Raz asi áno, no táto cesta podľa neho nebude ľahká.

„Kremík je veľmi lacný. V podstate ide o piesok. Keď ho zahrejeme, máme materiál zadarmo. Oproti tomu gálium nitrid je veľmi drahý a musíme ho syntetizovať. V prípade, že potrebujeme vyrobiť len jednoduché senzory, kremík je stále neprekonateľný. Avšak v prípade, že budeme chcieť niečo poslať do vesmíru alebo vytvoriť už spomínanú 5G sieť, tak bude určite potrebný gálium nitrid,“ vysvetlil Michal Blaho.

Gálium nitrid sa dnes nachádza aj v našich domácnostiach. Napríklad v modrých diódach je potrebný na výrobu bieleho svetla, prítomný je teda v LED svietidlách či LED televízoroch. Za vynálezom týchto efektívnych diód stoja japonskí vedci, ktorí zaň získali v roku 2014 Nobelovu cenu.

 

Monika Hucáková

Foto: istocphoto.com, Xenia Daniela Poslon 

Súvisiace:

Hore
TVT2020 prihlasovanie
Veda v CENTRE / Vedecká kaviareň 6/2020
TVT2020 súťaže
Vedec roka SR
Vedecká cukráreň video
VC 6/2020 železany
Quark_2020
Veda v CENTRE máj
Vedecká cukráreň 5/2020
Aurelium - centrum vedy
Vírusy, vakcíny, imunita
Quark 25 rokov
kúpa časopisov jún 2016
TAG Slovenská veda
banner záhrady
Publikácie Veda v CENTRE
Zaujímavosti vo vede
Dievčatá majú viac chuťových pohárikov ako chlapci.