از زمانی که ترانزیستورها نیمه‌هادی در سال ۱۹۴۷ ساخته شدند و جایگزین لوله‌های ناکارآمد خلاء شدند، تقاضا برای تولید فناوری‌های سریع‌تر و کم مصرف‌تر فزونی گرفت. برای برآوردن این نیاز، محققان دانشگاه پیتسبورگ راه حلی ارائه کرده‌اند که در آن از یک روش قدیمی استفاده شده است. آنها از یک سوئیچ استفاده نمودند که در آن قطعات الکترونیکی سیلیکونی به‌کاررفته بود، همچنین محیط برای انتقال الکترون به‌صورت خلاء در آمده بود.
بازگشت به ترانزیستورهای خلاء: کارایی بیشتر مصرف کمتر
نتایج همایش نهایی پروژه NanoCap
از زمانی که ترانزیستورها نیمه‌هادی در سال ۱۹۴۷ ساخته
شدند و جایگزین لوله‌های ناکارآمد خلاء شدند، تقاضا برای تولید فناوری‌های
سریع‌تر و کم مصرف‌تر فزونی گرفت. برای برآوردن این نیاز، محققان دانشگاه
پیتسبورگ راه‌حلی ارائه کرده‌اند که در آن از یک روش قدیمی استفاده شده
است. آنها از یک سوئیچ استفاده نمودند که در آن قطعات الکترونیکی سیلیکونی
به‌کاررفته بود، همچنین محیط برای انتقال الکترون به‌صورت خلاء در آمده
بود.
در طول ۴۰ سال گذشته، تعداد ترانزیستورهای به‌کار رفته در ادوات
الکترونیکی نظیر کامپیوترها و تلفن‌های هوشمند هر دو سال، دو برابر شده که
این موضوع موجب افزایش سرعت و کارایی دستگاه‌ها شده است. به این روند قانون
مور گفته می‌شود که در نتیجه آن دانشمندان دائما به‌دنبال کوچک‌تر کردن
ابعاد ترانزیستورها و بهبود عملکرد تراشه‌ها بوده‌اند. با این حال به‌دلیل
کوچک شدن ترانزیستورها و رسیدن ابعاد آنها به مقیاس نانو، تداوم قانون مور
دشوار شده است.
هونگ کو کیم از پژوهشگران این پروژه می‌گوید یک مانع
فیزیکی بر سر راه محققان در این مسیر وجود دارد. ما در حال کار روی حل این
مشکل هستیم.
کیم می‌افزاید حد نهایی سرعت ترانزیستور توسط زمان انتقال
الکترون تعیین می‌شود به بیانی دیگر زمانی که الکترون نیاز دارد تا از یک
دستگاه به دستگاه دیگر وارد شود. الکترون درون نیمه‌هادی‌ها مکررا دچار
پراش و برخورد می‌شود، ماشینی را تصور کنید که در جاده‌ای پر از ناهمواری
در حال حرکت است این ماشین نمی‌تواند سرعت خیلی بالایی داشته باشد. همین
موضوع برای الکترون هم مصداق دارد.
بهترین راه برای برداشتن پراش –
ناهمواری‌ها- خارج کردن عوامل پراش است یعنی محیط خلاء. دستگاه‌های فعلی که
در خلاء کار می‌کنند معمولا از ولتاژهای بالا بهره‌مند هستند که این مسئله
مانع از استفاده از این راهبرد در حوزه‌های مختلف می‌شود. بنابراین این
گروه تحقیقاتی تصمیم گرفتند تا طراحی این ادوات را تغییر دهند.
آنها
الکترون‌ها را با استفاده از اعمال ولتاژی بسیار اندک از ساختار سیلیکونی
خارج کرده و وارد هوا کردند. با این کار الکترون می‌تواند یک تونل نانومتری
ایجاد کند بدون این که پراش یافته یا برخوردی داشته باشد. نشر از این سیستم
الکترونی به کانال‌های خلاء می‌تواند نوع جدیدی از ترانزیستورهای پرسرعت و
کم مصرف باشد که با فناوری‌های امروز نیز مطابقت دارد. با این کار می‌توان
ترانزیستورهای خلاء را دوباره به ادوات الکترونیکی برگرداند با این تفاوت
که کارایی آنها بهبود یافته است.
نتایج این تحقیق در نشریه
Nature Nanotechnology
به چاپ رسیده است.
