ساخت کوچکترین ترانزیستور جهان

دانشمندان  موفق شده اند کوچکترین ترانزیستور جهان را ایجاد کنند که با  کارکردن یک دریچه یک  نانومتری ، سوئیچ تولید می کند. اگر می خواهید بدانید که چه مقدار این مورد  کوچک است ، بدانید یک تار موی انسان حدود ۸۰،۰۰۰ تا ۱۰۰،۰۰۰ نانومترضخامت دارد.

بر خلاف ترانزیستورهای معمول ، نمونه جدید پژوهشگران ،  از سیلیکون ساخته نشده  – و اندازه کوچکترآن  به  این معنی است که  ما هنوز هم می توانیم  عملکرد مدارهای مجتمع را با گنجاندن مقدار بیشتری از قطعات فوق العاده کوچک بهبود بخشیم. و این می تواند به ما کمک کند تا قانون Moore نیز  زنده نگه داشته شود.

نام این قانون از Gordon Moore از بنیانگذاران Intel گرفته شده است. این قانون پیش بینی می کند که  میزان ترانزیستورها در یک مدار مجتمع ، هردو سال یک بار ، حدود دو برابر خواهد شد و پردازنده های کامپیوتری را  پیچیده تر و قدرتمندتر می کند.
متاسفانه، ترانزیستورهای کنونی آنقدر کوچک هستند ، ولی  ما در حال اجرا کردن راه هایی برای  کوچکترشدن آنها هستیم.  اما در حال حاضر، به لطف یک تیم از محققان در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، ما  توانسته ایم ازحد  آستانه ۵ نانومتری که قبلا به عنوان کوچکترین ترانزیستور در نظر گرفته شده بود ، بگذریم.

Ali Javey رئیس بخش علوم مواد آزمایشگاه برکلی گفت: “ما کوچکترین ترانزیستور گزارش شده تا به امروز راایجاد کردیم.  ما  یک ترانزیستور با  یک  دروازه یک  نانومتری را به اثبات رساندیم و نشان دادیم که  با انتخاب مواد مناسب،  فضای بیشتری برای  کوچک شدن قطعات الکترونیکی  وجود دارد.”
تیم Javey  قادر به  کارگرفتن حد یک  نانومتری  با استفاده از نانولوله های کربنی با ماده ای به نام مولیبدن دی سولفید (MoS2)شد  که گاهی اوقات به عنوان یک روان کننده موتور استفاده شده است.
در  ترانزیستورهای معمول ، سیلیکون یک ماده ایده آل است، چرا که جریان الکترون ها از طریق مدار ، با مقادیر کمی از مقاومت روبرو می شود.
با MoS2، آنها با مقاومت بیشتری روبرو می شوند، اما این اثر آهسته کم کردن سرعت  وقتی که ترانزیستور بسیار کوچک شده باشد، تدریجا سودمند خواهد بود. زیرا  برای کنترل رفتار الکترون ها کمک می کند.
یکی از دلایلی که  ترانزیستور ۵ نانومتری قبلا به عنوان حد آستانه در نظر گرفته می شد ، این است که  اگر  شما بخواهید با سیلیکون به اندازه ای کوچکترازاین برسید ،  پدیده ای به نام تونل زنی کوانتومی رخ می دهد، جایی که الکترون شروع به جهش از یک ترانزیستور  به دیگری کرده، و ساخت سیگنال بلا استفاده می شود.

Sujay Desai رئیس محققان می گوید “این به این معنی است که ما نمی توانیم ترانزیستور را خاموش کنیم .الکترون ها خارج از کنترل هستند. اما با MoS2 بجای  سیلیکون، و به طور موثر قرار دادن ترمز برای  الکترون ها ، سیگنال ها  می تواند  بار دیگر کنترل شود.
در آزمایش، دستگاه نمونه پژوهشگران – که ترکیبی از MoS2 با نانولوله های کربنی یک  نانومتری است  – نشان داد که ترانزیستورها  به طور موثرتری  جریان الکترون ها را کنترل می کنند.
یکی از دلایل چنین  پیروزی  این است  که – جدا از مزایای بارز امکان عملکردبهتر کامپیوتر –  قبل از این ،هیچ کس نمی دانست که این می تواند انجام شود.

Desai می گوید :”در صنعت مدتها تصور می شد که مواد نیمه هادی هر دریچه  کمتر از ۵ نانومتر کار کردی نیست، بنابراین هر چیزی  کمتر از این حد در نظر گرفته نمی شد.”

این پژوهش نشان می دهد که دریچه  کمتر از ۵ نانومتر را نباید نادیده گرفت . با تغییر دادن  مواد از سیلیکون به MoS2، ما می توانیم یک ترانزیستور با یک دریچه یک  نانومتری ایجاد کنیم که می تواند مانند یک سوئیچ  کارکند.
با وجود موفقیت، تیم اذعان دارد که یک راه طولانی وجود دارد تا بتوانیم این  ترانزیستورهای ۱ نانومتری را در رایانه ها و دستگاه های تلفن همراه استفاده کنیم . حالا که ما می دانیم که چنین سوئیچ کوچکی کار می کند، ما نیازداریم که میزان  قابل اعتماد بودن ساخت آنها دراین  مقیاس را بدست آوریم  – و روی بهینه سازی  بیشتر تکنولوژی کارکنیم.

Javey می گوید: این کار کوتاه ترین ترانزیستور را ارائه کرد.  با این حال،  این اثبات مفهوم است. ما هنوز این ترانزیستورها را  بر روی یک تراشه بسته بندی نکرده ایم، و ما  این  کار را میلیاردها بار انجام نداده ایم. حال، اگر ما بتوانیم این  مشکلات  را حل کنیم ،  یافته های ارائه شده دراینجا به معنای عملکرد فن آوری در سطح مدار درآینده ای نزدیک به سمت  پیشرفت خواهد رفت  – و در واقع همگام با جدول زمانی گوردون مورکه   چند دهه قبل پیش بینی شده بود، خواهیم بود.

Javey میگوید:  این  کار به خاطر این مهم است که به ما نشان می دهد که ما دیگر به یک دریچه ۵ نانومتری برای ترانزیستورها محدود نیستیم ، قانون Moore می تواند  با مهندسی مناسب از مواد نیمه هادی و طراحی  دستگاه ادامه داشته باشد.

منبع : Science Alert،مجله علمی ایران