تولید ترانزیستورهای جدید با نانوسیم‌های سیلیکونی

امروزه هزاران ترانزیستور سیلیکونی مسئول انتقال اطلاعات روی یک میکروتراشه هستند.
ترانزیستورها بهصورت صفحه‌ای آرایش می‌یابند، یعنی به شکل مسطح کنار هم قرار می‌گیرند.
اندازه هر ترانزیستور تا ۵۰ نانومتر کاهش یافته است. بهدلیل محدودیت‌های فیزیک
بنیادی، کوچک‌سازی بیشتر ترانزیستورها با ساختار صفحه‌ای بهزودی ناممکن خواهد شد.
با این حال برای بهبود عملکردهای ترانزیستورها و کاهش هزینه ابزارهای الکترونیکی،
نیاز به کوچک‌تر شدن بیشتر این قطعات وجود دارد.
در حال حاضر محققان بهسختی روی راهکارهای مختلفی برای غلبه بر محدودیت‌های فیزیکی
کوچک کردن و یکپارچه‌سازی میکروتراشه‌ها کار می‌کنند. یکی از این راهکارها ایجاد یک
معماری کاملاً جدید و سه‌بعدی برای ترانزیستورهاست. در این روش به جای آرایش
ترانزیستورهای سیلیکونی بهصورت مسطح روی یک صفحه، این ترانزیستورها ۹۰ درجه چرخیده
و بهصورت ستون‌های کوچک عمود بر سطح قرار می‌گیرند. بدین ترتیب می‌توان تعداد زیادی
ترانزیستور عمودی را در همان فضایی که تنها یک ترانزیستور مسطح جای می‌گرفت، قرار
داد. این کار گامی از میکرو به نانوالکترونیک محسوب می‌شود.
قبلاً تولید آرایه‌های نانوسیم سیلیکونی عمودی گزارش شده است. با این حال برای
اینکه بتوانیم ترانزیستورهای قابل اطمینانی برای نسل جدید میکروتراشه‌ها بسازیم،
باید تحقیقات دقیق‌تری روی ویژگی‌های الکتریکی نانوسیم‌های سیلیکونی صورت پذیرد. بر
خلاف ترانزیستورهای معمولی، جریان الکتریکی در این ترانزیستورهای ستون‌مانند عمودی
بوده و در نتیجه انرژی کمتری مصرف می‌شود. همچنین امید بسیار زیادی برای ساختن پیل‌های
خورشیدی بسیار کارا با استفاده از این نانوسیم‌ها وجود دارد.

محققان موسسه ماکس پلانک در Halle نانوسیم‌های سیلیکونی تک‌بلوری تولید می‌کنند که
برای استفاده در میکروتراشه‌ها بسیار مناسب می‌باشند. در مرکز تابش یونی FZD، اتم‌های
خارجی که «آلاینده» نامیده می‌شوند، در این نانوسیم‌ها وارد می‌شوند. این آلاینده‌ها
برخی از محل‌های شبکه نیمه‌رسانای میزبان را اشغال کرده و رسانایی الکتریکی و جریان
عبوری از این نیمه‌رساناها را افزایش می‌دهند. وارد کردن انتخابی آلاینده‌های مختلف
می‌تواند قطبیت حامل‌های بار را در یک ترانزیستور تغییر داده و منجر به تغییر جریان
شود. فناوری سیلیکون مسطح به خوبی توسعه یافته است، با این حال این امر در مورد
نانوساختارهای سیلیکونی صادق نیست.
 

دکتر رینهارد کوگلر و دکتر ژین ئو از FZD می‌گویند: «ابتدا نانوسیم‌هایی به قطر ۱۰۰
و طول ۳۰۰ نانومتر را آنالیز کردیم. اما هدف ما سیم‌هایی با قطر تنها چند اتم و
همچنین سیم‌هایی بود که از به رشته کشیدن اتم‌های منفرد شکل گرفته بودند. می‌خواستیم
رفتار آنها را به دقت بررسی کرده و دریابیم که چگونه می‌توان ویژگی‌های الکتریکی
آنها را جهت استفاده در کاربردهایی همچون ترانزیستورهای اثر زمینه جدید تنظیم کرد».
جزئیات این تحقیق در مجله Nano Letters منتشر شده است.