ابداع ترانزیستورهای 3 بعدی که برتر از فناوری سیلیکون هستند
بیست و یکم: دانشمندان موسسه فناوری ماساچوست(MIT) از ترانزیستورهای سه بعدی بسیار کارآمد رونمایی کردند که می توانند از فناوری سیلیکونی پیشی بگیرند. این ترانزیستورهای سه بعدی جدید با بهره گیری از مواد نیمه رسانای فوق نازک طراحی شده اند.
به گزارش بیست و یکم به نقل از ایسنا، پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست(MIT) نوع جدیدی از ترانزیستورهای سه بعدی را توسعه داده اند که می تواند نسبت به ترانزیستورهای مبتنی بر سیلیکون فعلی از نظر انرژی کارآمدتر و قدرتمندتر باشد.
این ترانزیستورهای سه بعدی جدید با بهره گیری از مواد نیمه رسانای فوق نازک طراحی شده اند.
یانجیه شائو(Yanjie Shao) فوق دکترای MIT و سرپرست این مطالعه می گوید: این یک تکنولوژی با پتانسیل جایگزینی سیلیکون است، بدین سبب می توانید از آن با تمام عملکردهایی که هم اکنون سیلیکون دارد، اما با راندمان انرژی بسیار بهتر استفاده کنید.
ترانزیستورها مکانیک کوانتومی را برای دستیابی به عملکرد بالا در ولتاژ پایین در یک ناحیه نانومقیاس مهار می کنند.
اندازه کوچک آنها راه را برای عصر جدیدی از الکترونیک فوق متراکم، با کارآیی بالا و کم مصرف هموار می کند.
غلبه بر محدودیت ها
ترانزیستورهای سیلیکونی به عنوان سوئیچ های الکترونیکی عمل می کنند. یک اعمال ولتاژ ساده موجب تغییر حالت چشم گیر در ترانزیستور، از خاموش به روشن می شود. این حالت روشن/خاموش نشان دهنده ارقام باینری است که محاسبات را ممکن می کند.
بازده یک ترانزیستور به شیب سوئیچ آن مرتبط می باشد. شیب تندتر بطور مستقیم با مصرف انرژی کمتر ارتباط دارد. این بدان مدلول است که ترانزیستور را می توان به سرعت روشن و خاموش کرد و به زمان کمتر و در نتیجه انرژی کمتری نیاز دارد.
با این وجود، یک محدودیت اساسی به نام «حد بولتزمن»(Boltzmann tyranny)، حداقل ولتاژ مورد نیاز را برای عملکرد ترانزیستور در دمای اتاق تحمیل می کند.
این حد بطور کلی در ترانزیستورهای سیلیکونی یافت می شود و این ترانزیستورهای جدید برای غلبه بر آن از مواد نیمه رسانای فوق نازک و مکانیک کوانتومی برای دستیابی به عملکرد بالا در ولتاژ پایین استفاده می نمایند.
پژوهشگران MIT برای ساخت این ترانزیستورهای جدید به مواد نیمه رسانای گالیم آنتی مونید(gallium antimonide) و آرسنید ایندیم(indium arsenide) روی آوردند.
علاوه بر این، آنها اصول تونل زنی کوانتومی را در معماری دستگاه خود گنجانده اند. در این پدیده، الکترون ها می توانند در موانع احتمالی نفوذ و از آنها عبور کنند.
هندسه منحصر به فرد این ترانزیستور
ترانزیستورهای تونل زن اغلب از جریان خروجی کم رنج می برند. این محدودیت مانع از عملکرد آنها در برنامه های کاربردی می شود، چونکه برای عملکرد کارآمد نیاز به جریان بالا دارند.
برای حل این مشکل، مهندسان بر روی هندسه سه بعدی ترانزیستورها کار کردند. برای این کار، آنها ساختارهای ناهمگون نانوسیمی با قطر تنها ۶ نانومتر ساختند که این کار منجر به ایجاد کوچکترین ترانزیستورهای سه بعدی گزارش شده تا به امروز شد.
این تکنیک به لطف محصور شدن کوانتومی به آنها کمک کرد تا به شیب های سوئیچ شدن تیز و جریان بالا دست یابند. محصور شدن کوانتومی زمانی اتفاق می افتد که الکترون ها به فضاهای کوچک محدود شوند.
این محدودیت پتانسیل تونل زنی پیشرفته را باز می کند و عملکرد دستگاه را متحول می کند.
شائو می گوید: ما انعطاف پذیری زیادی برای طراحی این ساختارهای ناهمگون مواد داریم، بدین سبب می توانیم به یک مانع تونل زنی بسیار نازک برسیم که به ما امکان می دهد جریان بسیار بالایی داشته باشیم.
در طول این آزمایش، دستگاهها شیب سوئیچ شدن تیزتری نسبت به ترانزیستورهای سیلیکونی معمولی نشان دادند. این بدان معناست که آنها می توانند حالت ها را سریع تر و کارآمدتر تغییر دهند و راه را به روی دستگاه های الکترونیکی سریع تر و کم مصرف تر باز کنند.
برمبنای بیانیه مطبوعاتی محققان، این ترانزیستورها نسبت به ترانزیستورهای مشابه بهبود عملکرد ۲۰ برابری را نشان دادند.
شائو اشاره کرد که این نخستین بار است که توانستیم با این طراحی به چنین شیب سوئیچ شدن دقیقی برسیم.
پژوهشگران در تلاشند تا پروسه ساخت این را ترانزیستورها بهبود بخشند تا از عملکرد ثابت ترانزیستور در کل تراشه اطمینان حاصل کنند.
آنها برای تقویت بیشتر یکنواختی درحال بررسی طرح های جایگزین ترانزیستورهای سه بعدی مانند ساختارهای باله ای شکل عمودی هستند.
این یافته ها در مجله Nature Electronics انتشار یافته است.
منبع: بیست و یكم
این مطلب بیست و یکم را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب