يقترب الباحثون الآن من استخدام مكونات صغيرة - أسلاك أشباه الموصلات النانوية لإنشاء جيل جديد من الترانزستورات الصغيرة للغاية مع طبقات محددة من السيليكون والجرمانيوم، والتي ستتيح أداء أفضل بكثير للترانزستورات.
إن جيلًا جديدًا من الترانزستورات الصغيرة جدًا التي يمكن من خلالها صنع شرائح كمبيوتر قوية للغاية باستخدام هياكل صغيرة تسمى الأسلاك النانوية شبه الموصلة، يقترب من أن يصبح حقيقة بعد اكتشاف مشترك من قبل باحثين في شركة IBM وجامعة بوردو وجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس.
تعلم الباحثون كيفية إنشاء أسلاك نانوية باستخدام طبقات من مواد مختلفة حدودها محددة بوضوح على المستوى الذري، وهو مطلب أساسي لصنع ترانزستورات فعالة من هذه الهياكل.
يقول إريك ستاش، أستاذ هندسة المواد في جامعة بوردو: "إن نجاح القدرة على التمييز بوضوح بين طبقات المواد يسمح لنا بتحسين تدفق الإلكترونات والتحكم فيه وتبديل هذا التدفق حسب الحاجة - النقل أو التوقف".
غالبًا ما تُصنع المكونات الإلكترونية من هياكل متعددة المواد (هياكل متغايرة)، مما يعني أنها تحتوي على طبقات محددة جيدًا من أشباه الموصلات المختلفة مثل السيليكون والجرمانيوم. حتى الآن، لم يتمكن الباحثون من إنتاج أنابيب نانوية ذات طبقات محددة من السيليكون والجرمانيوم. وبدلاً من ذلك، كان الانتقال من طبقة إلى أخرى تدريجيًا لدرجة أنه لا يمكن أن يكون الأمثل لاستخدام الترانزستور.
يشير المخترعون الجدد إلى طريقة لإنشاء ترانزستورات مكونة من أسلاك نانوية.
ونشرت النتائج في 27 نوفمبر في مجلة العلوم. في حين أن الترانزستورات التقليدية مبنية من طبقات أفقية مسطحة من السيليكون، فإن أسلاك السيليكون النانوية تنمو عموديًا. يقول ستاخ إنه بسبب الهيكل الرأسي، فإن حجمها أصغر، مما يجعلها أكثر ملاءمة للترانزستورات الموجودة على البطاقات أو الرقائق المدمجة.
ولكن يجب أولاً أن نتعلم كيفية إنتاج الأسلاك النانوية وفقًا لمعايير قوية قبل أن تتمكن الصناعة من البدء في استخدامها لإنتاج الترانزستورات".
يمكن للأسلاك النانوية أن تسمح للمهندسين بحل المشاكل التي تهدد الصناعات الإلكترونية. وستكون هناك حاجة إلى تقنيات جديدة للصناعة لمواصلة قانون مور، وهي قاعدة غير رسمية يتضاعف بموجبها عدد الترانزستورات في شريحة الكمبيوتر كل 18 شهرا، وهو ما ينعكس في التطور السريع لأجهزة الكمبيوتر والاتصالات. إن مضاعفة عدد المكونات التي يمكن تثبيتها على شريحة الكمبيوتر يؤدي إلى زيادة مقابلة في الأداء. ومع ذلك، فقد أصبح من الصعب أكثر فأكثر الاستمرار في تقليص المكونات الإلكترونية المكونة من أشباه الموصلات القائمة على السيليكون.
تعليقات 5
المشكلة الرئيسية اليوم ليست في التصغير بل في إنتاج الحرارة. صيغة تبديد الحرارة لمكون إلكتروني
إنها E=cVf^2/2 (حيث الطاقة E، السعة C، جهد المكون V، التردد F). عندما يزيد التردد (السرعة) تزداد الحرارة بشكل مباشر. ولهذا السبب كان علماء العمليات في شركة Intel (AMD) في العقد الماضي يتعاملون مع الحسابات المتوازية وليس مع زيادة التردد، وهو أمر ممكن مع التصغير، حيث أن الإلكترون يسافر في مسار أقصر. عند التردد العالي سوف يحترق المكون. ويمكن تصغيره لغرض الحساب المتوازي، ولكن ليس لزيادة التردد. هناك تقنية بديلة ذات حرارة معقولة تسمى الهياكل غير المتجانسة. وفي هذه الطريقة يتم إنتاج طبقات من مواد مختلفة بحيث "يسقط" الإلكترون في طبقة ذات مستوى طاقة منخفض، وغير ملوثة على الإطلاق بالذرات والأيونات.
ويحدث التلوث في الطبقات ذات الطاقة العالية، فيسقط الإلكترون إلى الطبقة المنخفضة الطاقة. يمكنك أن تتخيلها على شكل شطيرة مع شريحتين من الخبز والشوكولاتة.
ومع ذلك، فإن المسافة التي يقطعها بين الاصطدامات كبيرة للغاية (على الرغم من أن الحمل الحراري الكمي يمكن تقريبه على أنه شبه كلاسيكي)، وفي مواد GaAs، يمكن تحقيق ترددات تبلغ 150 غيغا هرتز بالفعل بسمك 100 ميكرون (أو أقل).المشكلة هي أن فهي غالية الثمن، وتستخدم مواد مثل السيليكون والجرمانيوم في المكونات ثنائية القطب لقناة البيانات/العنوان في أجهزة الكمبيوتر لتسريع التردد هناك، والمواد العضوية على عكس أجهزة الكمبيوتر تحل المشكلة في رأيي عن طريق الحساب المتوازي في الدماغ، لذلك نحن لا لا تحترق.
ماذا، ألا ترى؟ في هذه الصورة آيس كريم بنكهة الليمون والفانيليا!
في مثل هذه الترانزستورات لا يوجد أي تلوث على الإطلاق. إنهم يعملون بطريقة مختلفة. بالإضافة إلى ذلك، فإن المقالة لا تشرح حقًا ما هي الطريقة الأخرى بشكل واضح.
على أية حال، سيكون من الجيد الحصول على شرح حول ماهية الجرافين، أو الأسلاك النانوية، أو الأنظمة ثنائية الأبعاد، أو SIS، وما إلى ذلك.
مثل هذا التفسير يمكن أن يساعد القراء المهتمين على فهم المقالات من هذا النوع. وبطبيعة الحال، العمل العظيم المطلوب واضح.
ليس من الواضح على الإطلاق كيف يتحقق هنا المبدأ الذي يعمل بموجبه الترانزستور... صحيح أن المشكلة الرئيسية اليوم في عملية التصغير هي أن تقلص القاعدة يسبب في الواقع زيادة في تيار التسرب وبالتالي مضيعة للطاقة وانبعاث الحرارة، ولكن هنا ليس من الواضح على الإطلاق ما الذي من المفترض استخدامه كمصدر أو بوابة أو مصرف أو قاعدة؟
حتى الآن، تم استخدام الذهب كتلوث، لكن استخدام مثل هذه الكمية من الذهب لا يبدو لي أنه يجعل العمل مربحًا على الإطلاق...
هل يمكنني الحصول على رابط لمزيد من المعلومات؟