بهره‌گیری از اثرات کوانتومی در ترانزیستورهای جدید

محققان آزمایشگاه تحقیقات مرکزی ژاپن و موسسه فناوری پیشرفته دانشگاه سوری گزارش
نموده‌اند که ترانزیستورهای طراحی شده با نانو- برای استفاده در نمایشگرهای بزرگ و
کاربردهای حسگری- به میزان زیادی از اثرات اندازه کوانتومی بهره می‌برند.

عملکرد بسیار عالی سوئیچ زدن (نشت بسیار کم جریان و شیب تند قبل از حد آستانه) که
غیرقابل انتظار بوده و به صورت تجربی نشان داده شده و به صورت تئوری تحلیل شده است،
مسیرهای بررسی نشده برای توسعه ترانزیستورهای مبتنی برفیلم‌های سیلیکونی بی‌نظم را
نشان می دهد.

این تیم تحقیقاتی با ایجاد کانال‌های رسانا در این ترانزیستورهای بی‌نظم و بسیار
نازک نشان داده است که این فناوری امکان طراحی حافظه‌های با مصرف انرژی پایین را
برای قطعات الکترونیکی بزرگ ایجاد می‌کند (با استفاده از فرایندهای ارزان پردازش
صنعتی استاندارد مواد).

در تحقیقات اخیر نشان داده شده است که در کانال‌های باریک‌تر از ۳ نانومتر، به دلیل
ارتعاشات بالقوه‌ای که توسط محدودکنندگی کوانتومی قوی در طول کانال القا می‌شود،
فرایند تراوش غالب است. نشان داده می‌شود که برای جلوگیری از ایجاد نشت در کانال‌هایی
به طول ۵/۰ میکرومتر، حداقل پهنای کانال باید ۳/۰ میکرومتر باشد. تحلیل‌های تئوری
در انطباق بسیار خوبی با یافته‌های تجربی قرار داشته و این امر امکان مدلسازی و
بهینه کردن طراحی مدارات را فراهم می‌آورد.

دکتر ژیائو گوئو یکی از محققان اصلی این پژوهش می‌گوید: «ترانزیستورهای فیلم نازک
سیلیکونی نانوساختار برای طراحی قطعات الکترونیکی کم‌مصرف بسیار نویدبخش هستند. با
این حال انتقال بار در چنین ابزارهایی بسیار پیچیده بوده و منجر به ایجاد ویژگی‌های
الکتریکی می‌شود که با مدل‌های ترانزیستور اثر میدان معمولی قابل توصیف نیستند. این
تحقیق ویژگی‌های فیزیکی بنیادی این ابزارها را آشکار ساخته و به بهینه‌سازی بهتر و
مدلسازی این ابزارها برای طراحی مدارات کمک می‌کند».

پروفسور راوی سیلوا، مدیر موسسه فناوری پیشرفته می‌افزاید: «این مطالعه یک مثال خوب
از چگونگی ایجاد مسیرهای متفاوت برای توسعه عملکرد ابزارها با استفاده از
فناوری‌های پیشرفته سیلیکون است. نقش سازمان‌های سرمایه‌گذار همانند EPSRC در حمایت
از چنین پروژه‌های کاربردی برای جامعه و به خصوص صنعت غیرقابل ارزش‌گذاری است».

نتایج این پروژه در مجله Applied Physics Letters منتشر شده است.