ساخت تراشه‌های رایانه‌ای کوچک‌تر و سریع‌تر با نانونوارهای کربنی

شیمی‌دانان استنفورد، روش جدیدی را برای ساخت ترانزیستورها از نانونوارهای کربنی
توسعه داده‌اند. این افزاره‌ها در آینده می‌توانند برای افزایش سرعت و کاهش تولید
گرما در تراشه‌های رایانه‌ای با عملکرد بالا مجتمع شوند. گرمای تولیدشده در
ترانزیستورها می‌تواند به تراشه‌های مبتنی بر سیلیکون امروزی ـ هنگامی که
ترانزیستورها در آنها به‌شدت متراکم هستند‌ـ آسیب برساند.

یک گروه تحقیقاتی به رهبری هونجی دای، جی. جکسون و سی. وود، برای اولین بار با
گرافن ترانزیستورهایی معروف به ترانزیستورهای اثر میدانی، جزء مهمی از تراشه‌های
رایانه را ساخته‌اند که می‌تواند در دمای اتاق کار کند. گرافن شکلی از کربن است که
از گرافیت مشتق شده‌است. دیگر ترانزیستورهای گرافنی که با نانونوارهای پهن‌تر یا
فیلم‌های نازک ساخته شده‌اند، برای کار کردن به دماهای خیلی پایین‌تر نیاز دارند.

دای گفت:«برای ترانزیستورهای گرافنی قبلی، چگونگی عملکرد آنها به‌عنوان
ترانزیستورهای اثر میدانی، همه در دمای هلیم مایع ـ که ۴ درجه کلوین(۴۵۲- فارانهایت)
است ـ شرح داده شده بودند.»
گروه تحقیقاتی دای موفق به ساخت نانونوارهایی به پهنای کمتر از ۱۰ نانومتر شده‌است
که به آنها اجازه عمل کردن در دماهای بالاتر را می‌دهد.
دای گفت:«تاکنون محققان قادر نبوده‌اند که نانونوارهایی گرافنی تولید کنند که به
‌اندازه کافی باریک باشند و بتوان با آنها ترانزیستورهایی ساخت که در دماهای بالاتر
کار کنند. این محققان با استفاده از فرایندی شیمیایی ـ که به دست خودشان توسعه داده
شده‌است و در شماره ۲۹ فوریه مجله Science شرح داده شده‌است ـ نانونوارهایی(باریکه‌های
کربنی که پهنای آنها در حد چند نانومتر است) ساخته‌اند که نرم‌تر و باریک‌تر از
نانونوارهای ساخته‌شده با دیگر روش‌هاست.
ترانزیستورهای اثر میدانی عناصر کلیدی تراشه‌های رایانه هستند که به‌عنوان حامل‌های
داده از یک مکان به مکان دیگر عمل می‌کنند. آنها از یک کانال نیمه‌رسانای قرارگرفته
بین دو الکترود فلزی تشکیل شده‌اند. در حضور یک میدان الکتریکی، یک صفحه فلزی
باردار می‌تواند بارهای مثبت و منفی را داخل یا بیرون این نیمه‌رسانا بکشد. این امر
اجازه می‌دهد که جریان الکتریکی در سراسر آن عبور کرده، یا مسدود شود و در نتیجه
تغییر وضعیت بین روشن و خاموش در این افزاره قابل کنترل می‌شود.
محققان پیش‌بینی می‌کنند که تراشه‌های سیلیکونی در دهه آینده به حداکثر کوچک‌سازی
خود خواهند رسید، بنابراین برای ادامه کوچک‌سازی طبق قانون مور ـ که پیش‌بینی
می‌کند که تعداد ترانزیستورها روی یک تراشه هر دو سال یک‌بار دو برابر خواهند شد ـ
لازم است که برای یافتن موادی به‌عنوان جایگزین سیلیکون در ترانزیستورها، تحقیقاتی
انجام شود. گرافن از جمله مواد مناسب برای این کار است.
دیوید گولدهابر – گردون، استاد فیزیک در استنفورد و یکی از این محققان، پیشنهاد
می‌کند که گرافن می‌تواند مکمل باشد، نه جایگزین سیلیکون شود. این ماده می‌تواند به
ساخت ترانزیستورهای کوچک‌تر برای پردازش کردن سریع‌تر، کمک کند.
دای گفت:«گرافن می‌تواند برای الکترونیک آینده، ماده مفیدی باشد ولی فکر نکنم که به
این زودی‌ها جایگزین سیلیکون شود، همچنین همه نانونوارهای گرافنی باریکشان ـ که با
روش شیمیایی جدیدشان ساخته شده‌اند ـ نیمه‌رسانا هستند و این برای ساخت
ترانزیستورهای اثر میدانی امتیاز بسیار خوبی به شمار می‌رود.
این محققان نتایج خود را در مجله Physical Review Letters منتشر کرده‌اند.