ابداع ترانزیستورهای ۳ بعدی که برتر از فناوری سیلیکون هستند
به گزارش تجهیزات جانبی، 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 استفاده از مواد نیمه رسانای فوق نازک طراحی شده اند.
به گزارش تجهیزات جانبی 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 استفاده از مواد نیمه رسانای فوق نازک طراحی شده اند.
یانجیه شائو(Yanjie Shao) فوق دکترای MIT و سرپرست این مطالعه می گوید: این یک فناوری با پتانسیل جایگزینی سیلیکون است، ازاین رو می توانید از آن با تمام عملکردهایی که هم اکنون سیلیکون دارد، اما با بهره وری 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 کارآمدی بالا و کم مصرف هموار می کند.
غلبه بر محدودیت ها
ترانزیستورهای سیلیکونی بعنوان سوئیچ های الکترونیکی عمل می کنند. یک اعمال ولتاژ ساده سبب تغییر حالت چشم گیر در ترانزیستور، از خاموش به روشن می شود. این حالت روشن/خاموش نشان دهنده ارقام باینری است که محاسبات را امکانپذیر می کند.
بازده یک ترانزیستور به شیب سوئیچ آن مرتبط می باشد. شیب تندتر به صورت مستقیم با مصرف انرژی کمتر ارتباط دارد. این بدان مفهوم است که ترانزیستور را میتوان 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 به صورت 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.
محققان 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، چون که برای عملکرد کارآمد احتیاج به جریان بالا دارند.
برای رفع 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، ازاین رو می توانیم به یک مانع تونل زنی بسیار نازک دست یابیم که به ما امکان می دهد جریان بسیار بالایی داشته باشیم.
در طول این آزمایش، دستگاه ها 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 دستگاههای الکترونیکی سریع تر و کم مصرف تر باز کنند.
بر مبنای بیانیه مطبوعاتی محققان، این ترانزیستورها نسبت به ترانزیستورهای مشابه بهبود عملکرد ۲۰ برابری را نشان دادند.
شائو تصریح کرد که این نخستین بار است که توانستیم با این طراحی به چنین شیب سوئیچ شدن دقیقی دست یابیم.
محققان در تلاشند تا فرایند 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.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب