ترانزیستورهای گرافنی ۳۰ نانومتری قابل برنامه‌ریزی

پژوهشگران مرکز تحقیقاتی AIST و GNC موفق به ساخت ترانزیستور گرافنی شدند، نتایج این پژوهش می‌تواند تعریف جدیدی در حوزه تحقیق و توسعه ترانزیستور که ۵۰ سال قدمت دارد ایجاد کند. این ترانزیستورهای گرافنی را می‌توان با استفاده از فرآیند CMOS رایج ایجاد کرد با این تفاوت که ترانزیستور گرافنی ابعاد کوچک‌تری داشته و صدها مرتبه سریع‌تری از ترانزیستورهای رایج است. مزیت دیگر این ترانزیستورها این است که نسبت به همتایان سیلیکونی خود انرژی کمتری مصرف می‌کنند.

پژوهشگران مرکز تحقیقاتی AIST و GNC موفق به ساخت
ترانزیستور گرافنی شدند، نتایج این پژوهش می‌تواند تعریف جدیدی در حوزه
تحقیق و توسعه ترانزیستور که ۵۰ سال قدمت دارد  ایجاد کند. این
ترانزیستورهای گرافنی را می‌توان با استفاده از فرآیند CMOS رایج ایجاد کرد
با این تفاوت که ترانزیستور گرافنی ابعاد کوچک‌تری داشته و صدها مرتبه
سریع‌تری از ترانزیستورهای رایج است. مزیت دیگر این ترانزیستورها این است
که نسبت به همتایان سیلیکونی خود انرژی کمتری مصرف می‌کنند.

filereader.php?p1=main_16083821f26cbb56f

از سال ۱۹۴۷ که ترانزیستور در آزمایشگاه بل ایجاد شد، تا کنون طراحی آن
تغییر چندانی نکرده است: یک ترانزیستور از دو ترمینال و یک دروازه تشکیل
شده است، ترمینال‌ها یکی برای ورود و یکی برای خروج می‌باشد. با اعمال
جریان به دروازه، الکتریسیته میان ورودی و خروجی جریان می‌یابد. طی سال‌ها
این ساختار کوچکتر شده است به طوری که بخش دروازه از ابعاد سانتی‌متری به
نانومتری رسیده است اما مشکل اینجاست که دروازه گرافنی درست کار نمی‌کنند (
برای اطلاعات بیشتر اینجا را ببینید:
Beyond 22nm: The processes and equipment used to scale silicon down to
its theoretical limits
)


همانطور که می‌دانید گرافن یکی از عجیب‌ترین مواد روی زمین است این
ماده مستحکم‌ترین ماده شناخته شده بوده و همچنین هدایت الکتریکی بالایی
دارد. بنابراین اگر ترانزیستوری با استفاده از گرافن تولید شود سرعت آن
صدها یا هزاران برابر سریع‌تر از ترانزیستورهای سیلیکونی خواهد شد و در عین
حال ابعاد دروازه آن به چند نانومتر خواهد رسید. مشکل پیش رو این است که
دروازه یک ترانزیستور باید از جنس نیمه‌هادی باشد اما گرافن خالص نیمه‌هادی
نیست. برای حل این مشکل محققان این پروژه درصدد ارائه راه‌کاری بر آمدند.
محققان به‌جای استفاده از یک دروازه، از دو دروازه استفاده کردند که میان
آنها شکافی ایجاد شده بود. با تابش یون هلیم به فضای میان دو دروازه، نقص
بلوری در آن ایجاد شد. با اعمال یک جریان اندک میان این دو دروازه، می‌توان
باندگپ گرافن را دستکاری کرد. زمانی که به هر دو دروازه جریان قطبی اعمال
شود (مثبت/منفی) ترانزیستور روشن است اما زمانی که قطبیت تغییر کند
ترانزیستور می‌تواند خاموش خواهد بود. اعمال پلاریزاسیون‌های مختلف به هر
یک از دروازه‌ها می‌تواند گرافن را میان حالت نوع n و p سوئیچ کند. به بیان
دیگر این ترانزیستور می‌تواند تغییر رفتاری میان مودهای nFET و pFET داشته
باشد. این چیزی است که ترانزیستورهای معمولی قادر به انجام آن نیستند.