ساخت کوچک‌ترین ترانزیستور جهان به اندازه 2.5 نانومتر (+عکس)

موبنا – «قانون مور» توضیح می‌دهد که بر اساس فرآیند توسعه علم تعداد ترانزیستورها روی یک تراشه هر دو سال یکبار دو برابر می‌شود و این قانون برای دهه‌های طولانی صحیح بوده است. با این وجود دانشمندان به واسطه بررسی‌های جدید خود سعی می‌کنند محدودیت‌های فیزیکی را در نحوه کنار هم قرار دادند این قطعات بسیار کوچک پشت‌سر بگذارند. هم اکنون گروهی از مهندسان دانشگاه MIT در پی همکاری‌های خود با محققان دانشگاه کلورادو موفق به ارایه تکنیک جدید در فرآیند میکروساختاری شدند و از آن برای تولید کوچک‌ترین ترانزیستورهای سه‌بعدی جهان استفاده کردند. اندازه این ترانزیستورها نسبت به مدل‌های تجاری کوچکی که هم اکنون در بازار فروخته می‌شوند یک‌سوم کوچک‌تر هستند.

تا چند سال قبل استاندارد صنعتی برای تراشه‌ها 14 نانومتری بود و به عبارت دیگر اندازه هر ترانزیستور معادل 14 نانومتر محاسبه می‌شد. پس از آن استاندارد 10 نانومتری روی کار آمد که نسل کنونی تجهیزات الکترونیکی مبتنی بر آن ساخته می‌شوند و البته شرکت‌های بزرگ در تلاش هستند از استاندارد 7 نانومتری استفاده کنند که از جدیدترین محصولات عرضه شده در این زمینه می‌توان به پردازنده «اِی12 بیونیک» اپل اشاره کرد که مبتنی بر همین استاندارد در گوشی‌های «آیفون ایکس‌آر»، «آیفون ایکس‌اس» و «آیفون ایکس‌اس مکس» در اختیار کاربران قرار می‌گیرد. در این میان شرکت آی‌بی‌ام نیز به تازگی اقداماتی را برای تولید تراشه مبتنی بر استاندارد 5 نانومتری آغاز کرده است.

برخی از ترانزیستورهای جدیدی که محققان به تازگی آنها را در شرایط آزمایشگاهی ارایه کرده‌اند اندازه مذکور را نصف کره است تا مبتنی بر ساختار 2.5 نانومتری عرضه شود. محققان برای ساخت این ترانزیستورها روش اصلاح شده میکروساختاری موسوم به لایه اکسایش اتمی حرارتی (ALE حرارتی) را مورد استفاده قرار دادند. آنها برای رسیدن به این هدف از مواد نیمه رسانای جدیدی استفاده کردند که از آن با نام «آرسنید گالیوم ایندیوم» یاد می‌شود و سپس این ماده را در معرض فلوراید هیدروژن قرار دادند تا در نهایت بتوانند یک لایه باریک از فلوراید فلزی را روی لایه زیرین شکل دهند.

در مرحله بعدی این گروه تحقیقاتی نوعی ترکیب ارگانیکی موسوم به کلراید دی‌متیل‌‌آلومینیوم (DMAC) را به آن اضافه کرد که این اتفاق در نهایت باعث نوعی واکنش شیمیای شد که از این واکنش با نام «تبادل لیگاند» یاد می‌کنند. یون‌ها که در اصل لیگاند نامیده می‌شود در مقابل ترکیب DMAC با اتم‌های لایه فلوراید فلزی پیوند تشکیل می‌دهند و بنابراین زمانی که ترکیب DMAC به صورت کامل از بین می‌رود، اتم‌های مجزا را از روی سطح فلز جدا می کند. هر بار با انجام عملیات مذکور 0.2 نانومتر از سطح موجود تراشیده می‌شود و این اتفاق در نهایت برای صدها بار تکرار می‌شود.

دکتر «ونجی لو» مدیر این گروه تحقیقاتی گفت: «اتفاق مذکور شبیه به این است که ما لایه‌های پیاز را به ترتیب از روی آن جدا کنیم. در هر چرخه تنها می‌توانیم دو درصد نانومتر از ماده مورد نظر خود را بتراشیم. این اتفاق به ما امکان می‌دهد تا بتوانیم با دقت فوق العاده بالا و کنترل دقیق فرآیند مذکور را دنبال کنیم».

این محققان از تکنیک مذکور برای ساخت ترانزیستورهای FinFET استفاده کردند که این ترانزیستورهای سه‌بعدی در اصل در محصولات الکترونیکی تجاری موجود در بازار مورد استفاده قرار می‌گیرند. بیشتر این ترانزیستورها با اندازه کمتر از 5 به کار گرفته می‌شود و کوچک‌ترین نوع آنها که دانشمندان هم اکنون موفق به ساخت آن شده‌اند 2.5 نانومتر اندازه دارد. در کنار این اتفاق دانشمندان متوجه شدند که ساخت ترانزیستور جدید با این اندازه کوچک نسبت به مدل کنونی ترانزیستورهای FinFET که هم اکنون در محصولات الکترونیکی به کار گرفته می‌شود 60 درصد کارایی بیشتری دارد و به مراتب کنتراست بسیار بالاتری را در خود جا داده است. این اتفاق باعث می‌شود میزان مصرف انرژی توسط ترانزستورها به میزان قابل ملاحظه کاهش یابد. هر دو اتفاق مذکور به واسطه تکنیک جدید ساخت ترانزیستور که این محققان به کار گرفتند محقق شده است که طی آن تمامی نقص‌های موجود برای ساخت این قطعات الکترونیکی از بین می‌رود.

دکتر لو در این خصوص توضیح داد: «ما بر این باوریم که اقدام حاضر می‌تواند تاثیرات بسیار بزرگی را در دنیای واقعی برجا بگذارد. همان طور که قانون مور در این زمینه دنبال می‌شود و بر اساس آن اندازه ترانزیستورها کوچک‌تر می‌شود، باید توجه داشت که ساخت ترانزیستورهای کوچک هم به مراتب سخت‌تر می‌شود .برای دنبال کردن فرآیند مهندسی ترانزیستورهای کوچک‌تر ما نیازمند آن هستیم که بتوانیم مواد را با دقت بسیار بالا در مقیاس اتمی دستکاری کنیم».

نتایج حاصل از تلاش‌های این محققان در «نشست بین‌المللی دستگاه‌های الکترونی IEEE» اعلام شد.