تعلن شركة IBM عن إنجاز كبير في مجال الرقائق: رقائق الكربون

أظهر باحثون من شركة IBM نهجًا مبتكرًا لتكنولوجيا الكربون النانوية، والتي يزعمون أنها تمهد الطريق للإنتاج التجاري للرقائق التي تشمل الترانزستورات المكونة من أنابيب الكربون النانوية.

أظهر باحثون من شركة IBM نهجا مبتكرا لتكنولوجيا النانو الكربونية، والتي يزعمون أنها تمهد الطريق للإنتاج التجاري للرقائق التي تشمل الترانزستورات المكونة من أنابيب الكربون النانوية.

يعتقد الكثيرون أن أنابيب الكربون النانوية ستحل يومًا ما في المستقبل محل تكنولوجيا السيليكون التي تهيمن على مجال أشباه الموصلات، وهو تطور سيكون قادرًا على تقليل بنية الرقائق إلى الحد الأدنى. تتمتع الأنابيب النانوية الكربونية بخصائص كهربائية أفضل من السيليكون، خاصة في بناء أجهزة الترانزستور النانومترية.

تزعم شركة IBM أن علمائها نجحوا، للمرة الأولى على الإطلاق، في دمج أكثر من عشرة آلاف ترانزستور من الأنابيب النانوية النشطة في جهاز واحد، باستخدام عمليات شائعة في صناعة أشباه الموصلات. حتى الآن، وفقًا لشركة IBM، لم يتمكن العلماء من وضع سوى مئات الوحدات من أجهزة أنابيب الكربون النانوية في المرة الواحدة، وهي كمية بعيدة كل البعد عن تلبية متطلبات التطبيقات التجارية. ووفقا للشركة، فإن نهجهم المبتكر يمهد الطريق لإنتاج الدوائر التي تشمل عددا كبيرا من الترانزستورات من نوع أنابيب الكربون النانوية في نقاط محددة سلفا على السطح. وفي النهاية، كما يزعم الباحثون، ستكون هناك حاجة إلى أكثر من مليار ترانزستور من نوع أنابيب الكربون النانوية في جهاز واحد لدخول الساحة التجارية.

يقول مدير قسم العلوم الفيزيائية في مختبر أبحاث الشركة: "إن الدافع للعمل على الترانزستورات من نوع أنابيب الكربون النانوية يكمن في حقيقة أن هذه الهياكل، بأبعادها النانومترية الصغيرة جدًا، تتفوق في الأداء على الترانزستورات المكونة من أي مادة أخرى". "وفي الوقت نفسه، لا يزال من الضروري مواجهة تحديات كبيرة في هذا المجال، مثل أعلى مستوى من النظافة المطلوبة لأنابيب الكربون النانوية وتحديد المواقع بدقة على مستوى النانومتر. لقد تمكنا من تحقيق الكثير من التقدم في هاتين القضيتين".

يقوم العلماء من جميع أنحاء العالم بتسخير الهياكل المعروفة باسم أنابيب الكربون النانوية، والتي وجدوها في عالم الكيمياء، لتطبيقات تتراوح بين الدوائر المتكاملة وتخزين الطاقة وأجهزة التحويل إلى الاستشعار الطبي الحيوي وتسلسل الحمض النووي.

تعترف شركة BMW بأنه لا تزال هناك تحديات حقيقية تمنع أنابيب الكربون النانوية من أن تصبح تكنولوجيا تجارية، بما في ذلك مستوى النظافة ووضع الأجهزة نفسها على الركيزة. عادة، تأتي أنابيب الكربون النانوية على شكل خليط من المواد المعدنية وشبه الموصلة ويجب وضعها بشكل مثالي فوق سطح الرقاقة من أجل الحصول على دوائر كهربائية وظيفية. لكي يعمل الجهاز بشكل صحيح، من الضروري إزالة الأنابيب النانوية المعدنية بالكامل وهذا لمنع حدوث عيوب في سلامة الدوائر. ومن أجل الوصول إلى المستوى التجاري، كما يقول باحثو IBM، من الضروري السماح بالتحكم الكامل في موضع وترتيب أنابيب الكربون النانوية على الركيزة.

ومن أجل التغلب على هذه المطبات، طور باحثو شركة IBM طريقة تعتمد على كيمياء المبادلات الأيونية، والتي تسمح بتحديد موضع وترتيب دقيق ومتحكم لأنابيب الكربون النانوية فوق الركيزة مع تنظيمها بطريقة مدمجة. تتضمن العملية خلط أنابيب الكربون النانوية مع مادة خافضة للتوتر السطحي - وهي نوع من المواد الشبيهة بالصابون - مما يؤدي إلى ذوبانها في الماء. يتم غمر الركيزة التي تتكون من نوعين من الأكاسيد، أكسيد الهفنيوم وأكسيد السيليكون، والتي تحتوي على قنوات معدلة كيميائيًا، في محلول من أنابيب الكربون النانوية. في هذا التفاعل، ترتبط الأنابيب النانوية كيميائيًا بمناطق أكسيد الهافنيوم بينما يظل باقي السطح غير مرتبط.

يعتقد الكثيرون أن تصغير الترانزستورات المصنوعة من السيليكون يقترب من حدوده المادية. إن الأبعاد الصغيرة للترانزستورات - والتي تصل إلى مقياس النانومتر - تمنع الربح المستقبلي من حيث الأداء، وذلك بسبب طبيعة مادة السيليكون وبسبب قوانين الفيزياء نفسها. ويعتقد العديد من الباحثين أن طريقة التصغير الشائعة لترانزستورات السيليكون ستنتهي في غضون سنوات قليلة.

من ناحية أخرى، أنابيب الكربون النانوية عبارة عن صفائح أحادية الذرة من الكربون ملفوفة في أنبوب. ويشكل أنبوب الكربون النانوي جوهر جهاز الترانزستور الذي يمكن أن يعمل بشكل مشابه لترانزستور السيليكون الحالي، ولكن بأداء أفضل، وفقًا لباحثي شركة IBM. في بداية العام، أظهر الباحثون أن الترانزستورات المكونة من أنابيب الكربون النانوية يمكن أن تعمل كمفاتيح ممتازة على مقياس جزيئي يقل عن عشرة نانومترات - وهو سمك أصغر بعشرة آلاف مرة من شعرة الإنسان وأصغر من نصف الأحجام السائدة اليوم. تكنولوجيا السيليكون.

أخبار الدراسة