ساخت ترانزیستور تک اتمی

در یک کار بزرگ میکرومهندسی، فیزیکدانان دانشگاه نیو سوث ولز یک ترانزیستور کاری متشکل از یک اتم منفرد که با دقت در داخل یک بلور سیلیکون قرار گرفته است، خلق کردند. این افزاره الکترونیکی ریز از یک اتم منفرد فسفر، که بین الکترودهایی با مقیاس اتمی و درگاه‌های کنترل الکترواستاتیکی الگودهی شده است، بعنوان مولفه اساسی استفاده می‌کند.

در یک کار بزرگ میکرومهندسی، فیزیکدانان دانشگاه نیو سوث ولز یک ترانزیستور
کاری متشکل از یک اتم منفرد که با دقت در داخل یک بلور سیلیکون قرار گرفته
است، خلق کردند. این افزاره الکترونیکی ریز از یک اتم منفرد فسفر، که بین
الکترودهایی با مقیاس اتمی و درگاه‌های کنترل الکترواستاتیکی الگودهی شده
است، بعنوان مولفه اساسی استفاده می‌کند.

این دقت بی‌سابقه اتمی می‌تواند آجربنای بنیادی برای یک رایانه کوانتومی در
آینده با بازدهی محاسباتی بی‌نظیر بدست دهد.

تاکنون، ترانزیستورهای تک اتمی فقط به‌طور اتفاقی ساخته شده‌اند، که در آن
حالت پژوهشگران یا مجبور بوده‌اند ترانزیستور را بین افزاره‌های بسیاری
جستجو کنند یا افزاره‌های چند اتمی را آنقدر زیرورو کنند تا یکی را که کار
می‌کند، جدا کنند.

 
این
دورنمای سه بعدی از یک تصویر میکروسکوپ تونل‌زن پیمایشگر، نشان‌دهنده یک ترانزیستور
تک اتمی کاملا متقارن است.
مایکل سیمونز، یکی از این پژوهشگران می‌گوید: “ولی این افزاره کامل است. این اولین
باری است که می‌توان کنترل یک اتم منفرد در یک زیرلایه را با این سطح دقت بالا نشان
داد.”

این گروه از یک میکروسکوپ تونل‌زن پیمایشگر (STM) برای دیدن و دستکاری اتم‌ها در
سطح این بلور در داخل یک اتاقک خلاء بسیار بالا استفاده کرد. با استفاده از یک
فرآیند لیتوگرافی، آنها اتم‌های فسفر را در داخل افزاره‌های تابعی روی بلور الگودهی
کرده و سپس آنها را با یک لایه غیرواکنشی از هیدروژن پوشاندند.

اتم‌های هیدروژن بطور گزینشی در نواحی بدقت مشخص شده با استفاده از نوک فلزی بسیار
ریز STM برداشته شدند. سپس یک واکنش کنترل شده شیمیایی اتم‌های فسفر را در داخل سطح
سیلیکون یکپارچه کرد.

در نهایت، ساختار مذکور با لایه‌ای از سیلیکون کپسوله شده و افزاره با استفاده از
سیستم پیچیده‌ای از علامتگذارهای هم‌راستا در روی تراشه سیلیکون جهت هم‌راستاسازی
اتصالات فلزی، تحت تماسی الکتریکی قرار می‌گیرد. خواص الکترونیکی این افزاره فوق‌العاده
با پیش‌بینی‌های نظری برای یک ترانزیستور فسفری تک اتمی تطابق داشت.

پیش‌بینی می‌شود که این ترانزیستورها در حدود سال ۲۰۲۰ به سطح تک اتمی برسند تا با
قانون مور هماهنگ شوند. سیمونز می‌گوید که این پیشرفت بزرگ فناوری را متحول خواهد
کرد و بینش‌های ارزشمندی به تولیدکنندگان در مورد اینکه افزاره‌ها هنگامی که به حد
اتمی می‌رسند، چطور کار می‌کنند، می‌دهد.

این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nature Nanotechnology
منتشر کرده‌اند.