ژاپنی‌ها هم به تراشه بدون سیلیکون دست یافتند

دانشمندان ژاپنی در یک جهش عظیم فناورانه موفق به دستیابی به ترانزیستورهای جدید بدون سیلیکون شدند.

کد خبر: ۱۲۷۱۰۸۷

شنبه - ۱۷ خرداد ۱۴۰۴ / June 07, 2025

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان موسسه علوم صنعتی(IIS) در دانشگاه توکیوی ژاپن، ترانزیستورهای کوچکی ساخته‌اند که از سیلیکون استفاده نمی‌کنند. در عوض، «گالیوم» را به «ایندیم اکسید» تبدیل کردند و سپس آن را متبلور کردند تا ماده‌ای بسازند که از حرکت الکترون‌ها پشتیبانی می‌کند.

به نقل از آی‌ای، ترانزیستورها همه جا هستند. از گوشی‌های هوشمند گرفته تا خانه‌های هوشمند، خودروها و هواپیماها، ترانزیستورها بخشی جدایی‌ناپذیر از لوازم الکترونیکی امروزی هستند. ترانزیستورهایی که از سیلیکون ساخته شده‌اند به سرعت بخشیدن به توسعه فناوری‌های جدیدتر کمک کرده‌اند، اما اکنون نیز عقب مانده‌اند.

رایانه‌هایی که زمانی بخش زیادی از حجم یک اتاق را پر می‌کردند، اکنون به لطف ترانزیستورهای مبتنی بر سیلیکون در کف یک دست جای می‌گیرند. با این حال، همانطور که ما به دنبال به حداقل رساندن بیشتر اندازه دستگاه‌های الکترونیکی هستیم، شروع به دیدن محدودیت‌های سیلیکون نیز کرده‌ایم.

استخراج بیشتر از ترانزیستورهای مبتنی بر سیلیکون در پیکربندی‌های کوچک‌تر روز به روز سخت‌تر می‌شود و اینجاست که محققان به دنبال جایگزین‌های جدید هستند.

بهبود نسبت به دروازه‌های استاندارد

محققان ژاپنی در حالی که به دنبال ترانزیستورهایی بودند که می‌توانند کوچکتر شوند، همچنین به دنبال راه‌هایی برای بهبود بیشتر طراحی ترانزیستور بودند. دروازه یا گیت ترانزیستور تصمیم می‌گیرد که روشن یا خاموش بماند.

محققان می‌خواستند دروازه‌ای طراحی کنند که کانال را احاطه کند، جایی که جریان عبور می‌کند.

آنلان چن(Anlan Chen)، پژوهشگر مؤسسه IIS که در این کار مشارکت داشت، توضیح داد: با پیچاندن گیت به طور کامل در اطراف کانال می‌توانیم کارایی و مقیاس‌پذیری را در مقایسه با گیت‌های سنتی افزایش دهیم.

محققان با ریختن سیلیکون در طراحی خود، محدودیت‌های آن را نیز کنار گذاشتند، اما «ایندیم اکسید» باید از جنبه‌های خاصی بهبود می‌یافت تا با الکتریسیته بهتر کار کند. بنابراین، تیم تحقیقاتی برای ترکیب کردن آن با گالیوم دست به کار شد.

این ترانزیستور جدید چگونه ساخته شد؟

«ایندیوم اکسید» به عنوان حامل نقص‌های جای خالی اکسیژن شناخته شده است که منجر به نقص در دستگاه و کاهش پایداری آن می‌شود. ترکیب با گالیم این خلأهای اکسیژن را برطرف می‌کند و می‌تواند قابلیت اطمینان ترانزیستورها را بهبود بخشد. با این حال، این کار باید با دقت انجام شود.

این تیم از رسوب لایه اتمی برای پوشاندن ناحیه کانال با یک لایه نازک از «ایندیم اکسید» ترکیب شده با گالیوم(InGaOx) استفاده کردند. هنگامی که رسوب‌گذاری کامل شد، نوار برای تشکیل یک ساختار کریستالی که از تحرک الکترون پشتیبانی می‌کند، گرم شد.

این تیم تحقیقاتی با موفقیت یک ترانزیستور اثر میدانی مبتنی بر اکسید فلزی(MOSFET) با طراحی گیت همه جانبه توسعه دادند.

چن در بیانیه مطبوعاتی افزود: MOSFET سراسری ما که حاوی یک لایه «ایندیم اکسید» ترکیب شده با گالیم است، تحرک بالایی به اندازه 44.5 سانتی‌متر مربع در ثانیه دارد.

مهمتر از همه، این دستگاه با عملکرد پایدار تحت تنش اعمال شده به مدت نزدیک به سه ساعت، قابلیت اطمینان امیدوارکننده‌ای را نشان می‌دهد.

محققان همچنین گزارش دادند که MOSFET آنها عملکرد بهتری نسبت به سایر دستگاه‌هایی دارد که قبلا توسعه یافته بودند که راه را برای توسعه قطعات الکترونیکی قابل اعتماد و با چگالی بالا هموار می‌کند. اینها احتمالاً در زمینه‌های آینده‌نگرانه مانند هوش مصنوعی یا پردازش کلان‌داده‌ها کاربرد دارند.

محققان با کوچک کردن بیشتر اندازه ترانزیستورها، همچنین نشان دادند که فناوری نسل بعدی احتمالاً با کوچک شدن بیشتر اندازه دستگاه‌ها همراه خواهد بود. مهمتر از آن، همچنین نشان داد که تحقیق در مورد طراحی مواد می‌تواند راه حل‌هایی را ارائه دهد که برای کاربردهای آینده فراتر از سیلیکون است.