پیشرفت چشمگیر با یک جزء کوچک: پژوهشگران ژاپنی موفق به تولید ترانزیستور بدون سیلیکون شدند
به نقل از خبرگزاری ایتنا و وبسایت اینترستینگ انجینیرینگ، در این پروژه، لایههای نازکی از اکسید ایندیوم با افزودن گالیم که تنها به ضخامت یک اتم است، بهصورت همپوشانی قرار گرفتند تا مادهای با ظرفیت بالای هدایت الکترونیک بهدست آید.
این دستاورد نتیجه تلاش محققان «مؤسسۀ علوم صنعتی دانشگاه توکیو» (IIS) میباشد. آنها با کنار گذاشتن سیلیکون که سالها هسته فناوری دیجیتال بوده، راهی نو برای تولید ترانزیستورهایی گشودهاند که در قلب تقریباً تمامی ابزارهای الکترونیکی نظیر گوشیهای هوشمند، خودروها و هواپیماهای امروزی قرار دارند.
ترانزیستورهای مبتنی بر سیلیکون تا به امروز نقش اساسی در کوچکسازی رایانهها ایفا کردهاند. دستگاههایی که پیشتر تمام یک اتاق را اشغال میکردند، حال به راحتی در جیب جا میگیرند.
<p از طرفی، هرچه اندازه ابزارها کوچکتر شده است، نقاط ضعف فناوری سیلیکونی بیشتر نمایان گشتهاند. اکنون دانشمندان در پی یافتن جایگزینهایی هستند که قادر به ارائه کارآیی بالاتری در ابعاد کوچکتر باشند.
طراحی نوین، کارایی بالاتر
گروه پژوهش دانشگاه توکیو در پی رویکردی تازه برای بهینهسازی ساختار ترانزیستور، طراحی جدیدی از دروازه را پیشنهاد کرده است. در ترانزیستور، این «دروازه» تعیین میکند که آیا جریان الکتریسیته عبور کند یا خیر. در مدل نوآورانه، این دروازه به جای آنکه در یک سمت قرار گیرد، تمامی کانال عبور جریان را در بر میگیرد.
دکتر «آنلان چن»، یکی از اعضای این تیم پژوهشی، میگوید: «زمانی که دروازه بهطور کامل دور کانال احاطه شود، هم کارآیی و هم امکان کوچکسازی ترانزیستورها بهطرز چشمگیری افزایش مییابد.»
البته، با کنارگذاشتن سیلیکون، پژوهشگران با چالشهای فیزیکی جدیدی مواجه شدند. اکسید ایندیوم بهعنوان ماده اصلی انتخاب شده، بهطور ذاتی دارای نواقصی در ساختارش است که میتواند کارایی دستگاه را تحت تأثیر قرار دهد. راهحل پیشنهادی: اضافه کردن گالیم برای اصلاح این نواقص و بهبود پایداری ترانزیستور.
چگونه این ترانزیستور ساخته شد؟
برای تولید این ترانزیستورها از تکنیک «رسوبگذاری لایه به لایه اتمی» بهره گرفته شده است. در این فرآیند، یک فیلم نازک از ترکیب اکسید ایندیوم و گالیم (InGaOx) با دقت بسیار بالا لایهبهلایه بر روی سطح کانال قرار گرفت.
سپس این ساختار با افزوده شدن حرارت به حالت بلوری درآمد تا شرایط مناسب برای تحرکپذیری الکترونها فراهم شود.
نتیجۀ نهایی، یک ترانزیستور MOSFET با طراحی «دروازهتمامدور» بود که توانسته به تحرکپذیری قابل ملاحظه ۴۴.۵ سانتیمتر مربع بر ولتثانیه دست یابد؛ رقمی بهواقع قابل توجه در مقیاس نانو.
دکتر چن در یک بیانیه مطبوعاتی افزود: «این دستگاه توانست تقریباً سه ساعت تحت فشار الکتریکی بدون بروز ناپایداری عمل کند که نشانهای از دوام و پایداری بالاست.»
عبور از مرز سیلیکون به آیندهای نوین
تیم تحقیقاتی اعلام کرده که ترانزیستور خلقشده نه تنها عملکرد بهتری نسبت به نمونههای قبلی دارد، بلکه امکان تولید قطعات الکترونیکی با چگالی بالاتر و قابلیت اطمینان بیشتر را فراهم میکند. این فناوری میتواند در حوزههای مختلفی نظیر هوش مصنوعی، پردازش کلانداده و حتی اینترنت اشیا کاربرد گستردهای داشته باشد.
جالب اینجاست که با کوچکتر شدن این ترانزیستورها، افق جدیدی برای طراحی ابزارهای هوشمند کوچکتر نیز به وجود آمده است. از اهمیت بالاتری برخوردار است که این تحقیق نشان میدهد طراحی هوشمند مواد میتواند ما را به دور از وابستگی به سیلیکون هدایت کند.
گامی بهسوی عصر نوین فناوری
شایان توجه است که با نزدیک شدن سیلیکون به مرزهای فیزیکیاش، اینگونه تحقیقات مشخص میکند که آینده فناوری در گرو نوآوری در سطح مواد و معماری قطعات قرار دارد.
اگرچه ترانزیستور جدید هنوز مسیری طولانی برای ورود به بازارهای صنعتی پیش رو دارد، اما همین نمونههای اولیه، چشمانداز جالبی را برای آیندهای که در آن الکترونیک سبکتر، سریعتر و قدرتمندتر از همیشه خواهد بود، ارائه میدهند.
