ساخت کوچک‌ترین کیت‌های ترانزیستوری

تدبیر24»چند دهه از قبضه شدن بازار نیمه‌رساناها بوسیله سیلیکون می‌گذرد اما کم‌کم این عنصر در حال نزدیک شدن به محدودیت‌هایی در این زمینه است.

برای مثال طراحی یک چیپ در ابعاد کمتر از پنج نانومتر با استفاده از سیلیکون دارای مشکلات عدیده‌ای خواهد بود و قانون "مور"(Moore’s Law) را که در زمینه ترانزیستورهاست نقض می‌کند.

قانون مور که نخستین بار گوردون مور، از بنیانگذاران شرکت اینتل، در سال ۱۹۶۵ آن را ارائه کرد، قاعده‌ای سرانگشتی است که بیان می‌کند تعداد ترانزیستورهای روی یک تراشه با مساحت ثابت هر دو سال، به طور تقریبی دو برابر می‌شود.

حدود ۴۰ سال قبل، گوردون مور که مدیر یک مؤسسه تحقیقاتی بود، به مناسبت سالگرد انتشار مجله "الکترونیکس" مقاله‌ای درباره آینده صنعت نیمه‌رساناها به رشته تحریر درآورد.

در این مقاله، به این نکته توجه شده بود که در طی سال‌های قبل از آن میزان پیچیدگی مدارهای میکروالکترونیک، هر دو سال دو برابر شده‌ است. معیار اندازه‌گیری این پیچیدگی نیز تعداد ترانزیستورها در واحد سطح بود. بدین معنی که هر سال تراشه‌هایی به بازار می‌آمدند که تعداد ترانزیستورهای آن‌ها در واحد سطح دو برابر دو سال گذشته بود. در هنگام انتشار این مقاله تنها شش سال از ساخت اولین تراشهٔ الکترونیکی گذشته بود.

این روند کمابیش در سال‌های بعد نیز ادامه داشت، تا آنجا که به عنوان معیاری برای پیش بینی آینده صنعت میکروالکترونیک مورد توجه قرار گرفت، و کم کم نام قانون به خود گرفت: قانون مور.

در سال‌های بعد این قانون به شکل‌های دیگری نیز بیان شد. حتی به مرور زمان نرخ دو برابر برای هر دو سال هم دستخوش تغییراتی گردید، و به دو برابر برای هر ۱۸ ماه تبدیل شد.

طبیعی است که این دو برابر شدن تعداد ترانزیستورها (خواه در دو سال باشد یا در ۱۸ ماه) به معنای این است که ابعاد ترانزیستورها در حال نصف شدن است. این امر بدان معنی است که به سرعت به جایی خواهیم رسید که محدودیت‌های فیزیکی اجازه این نصف شدن ابعاد را نخواهند داد. این یعنی نزدیک شدن به پایان قانون مور، هر چند احتمال داده می‌شد این قانون تا حدود سال ۲۰۲۰ همچنان معتبر باشد اما محققان دانشگاه استنفورد به راه حلی برای افزایش ظرفیت سیلیکون دست پیدا کرده‌اند که عمر این قانون را تا سال‌ها تضمین می‌کنند.

در این روش محققان دو ترکیب شیمیایی نیمه‌رسانا را که فرمول‌های شیمیایی آنها هافنیوم دی‌سلنید و زیرکونیوم دی‌سلنید است، به هم متصل کردند که ضخامت مجموعه آنها به اندازه سه‌ اتم شد.

این ترکیب از نظر عایق بودن بسیار موثرتر از سیلیکون است و بعلاوه می‌توان از آن ترانزیستورهایی 10 برابر کوچکتر از کوچکترین ترانزیستورهای سیلیکونی ساخت و این به این معناست که ابعاد پنج نانومتری که درباره آن صحبت شد، برای این ترکیب هیچ محدودیتی ایجاد نمی‌کنند.

البته این به این معنی نیست که استفاده از سیلیکون را می‌توان کنار گذاشت اما ترکیب این ماده با سیلیکون می‌تواند به افزایش ظرفیت آن و همچنین تولید پردازنده‌های پیچیده‌تر، عمر باتری بیشتر و همچنین دیگر مزایای موجود در دنیای الکترونیک که با کوچک شدن ابعاد مدارها به وجود می‌آیند، دست یافت.

همانند بسیاری از کشف‌های انجام شده در زمینه نیمه‌رساناها، بزرگترین چالش این طرح، تجاری‌سازی و عرضه آن به بازار است.

تیم تحقیقاتی دانشگاه استنفورد باید علاوه بر تقویت قابلیت عایق بودن این ترکیب و طول عمر آن، ارتباط بین ترانزیستورها و این مدارهای جدید را بهینه‌سازی کند.

در صورتی که محققان موفق شوند فاصله عرضه این فناوری جدید به بازار را کاهش دهند، می‌توان امیدوار بود که در آینده نزدیک پیشرفت‌های ویژه‌ای در زمینه الکترونیک و رایانه مشاهده شود.