فراتر از قانون مور: استراتژی جدیدی برای توسعه الکترونیک بسیار همه کاره با عملکرد فوق العاده کشف شد

محققان دانشگاه سیتی هنگ کنگ با استفاده از ترانزیستورهای چند بعدی، رویکردی پیشگامانه در فناوری نیمه هادی ها معرفی کرده اند.

این نوآوری رویکردی پیشگامانه در فناوری نیمه هادی ها راه را برای الکترونیک کارآمدتر و با کارایی بالا، غلبه بر چالش‌های کاهش مقیاس سنتی و برجسته کردن جهشی قابل توجه به سمت مدارهای مجتمع پیشرفته و چند منظوره هموار می‌کند.

کوچک سازی قطعات الکترونیکی، از جمله ترانزیستورها، با موانعی در تولید نیمه هادی ها مواجه است.  گروهی از محققان به سرپرستی متخصصان علم مواد از دانشگاه شهر هنگ کنگ (CityUHK). رویکرد جدیدی را برای ایجاد الکترونیک بسیار همه کاره و با کارایی بالا با استفاده از ترانزیستورهای از نانوسیم‌ها و نانوفلک‌های چند بعدی، رونمایی کرده‌اند. این پیشرفت، طراحی مدارهای تراشه آسان‌تر را تسهیل می‌کند و توسعه دستگاه‌های الکترونیکی آینده را که هم انعطاف‌پذیر و هم انرژی کارآمد هستند، ترویج می‌کند.

در دهه‌های اخیر. از آنجایی که مقیاس‌پذیری مداوم ترانزیستورها و مدارهای مجتمع شروع به رسیدن به محدودیت‌های فیزیکی و اقتصادی است. ساخت دستگاه‌های نیمه‌رسانا به شیوه‌ای قابل کنترل و مقرون‌به‌صرفه چالش‌برانگیز است. مقیاس بندی بیشتر اندازه ترانزیستور باعث افزایش نشتی جریان و در نتیجه اتلاف توان می شود. شبکه های سیم کشی پیچیده نیز تأثیر نامطلوبی بر مصرف برق دارند.

منطق چند ارزشی (MVL) به عنوان یک فناوری امیدوارکننده برای غلبه بر افزایش مصرف برق است. این محدودیت‌های سیستم‌های منطقی باینری معمولی را با کاهش تا حد زیادی تعداد اجزای ترانزیستور و اتصالات آن‌ها فراتر می‌گذارد و تراکم اطلاعات بالاتر و اتلاف توان کمتری را ممکن می‌سازد. تلاش های قابل توجهی به ساخت دستگاه های منطقی چند ارزشی مختلف از جمله ترانزیستورهای ضد دوقطبی (AAT) اختصاص یافت.

پیشرفت در ترانزیستورهای ضد دوقطبی

دستگاه‌های ضد دوقطبی دسته‌ای از ترانزیستورها هستند که حامل‌های بار مثبت (حفره) و منفی (الکترون) هر دو می‌توانند به طور همزمان در کانال نیمه‌رسانا جابجا شوند. با این حال، دستگاه‌های مبتنی بر AAT عمدتاً از مواد دو بعدی یا آلی استفاده می‌کنند که برای ادغام دستگاه‌های نیمه‌رسانا در مقیاس بزرگ ناپایدار هستند.

برای رسیدگی به این محدودیت ها، یک تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور جانی هو، معاون معاون (تخصصی) و سرپرست معاونت در بخش علوم و مهندسی مواد در CityUHK، تحقیقاتی را برای توسعه مدارهای مبتنی بر دستگاه ضد دوقطبی با اطلاعات بالاتر آغاز کردند. چگالی و اتصالات کمتر و بررسی ویژگی های فرکانس آنها.

نمودار شماتیک اینورتر سه تایی مبتنی بر ناهمگونی GaAsSb/MoS2

این تیم یک تکنیک پیشرفته رسوب شیمیایی بخار را برای ایجاد یک هترو ترانزیستور جدید با ابعاد ترکیبی ایجاد کرد که ویژگی های منحصر به فرد نانوسیم های GaAsSb با کیفیت بالا و نانوفلکه های MoS2 را ترکیب می کند.

ترانزیستورهای چند بعدی انقلابی

ترانزیستورهای جدید ضد دوقطبی عملکرد استثنایی داشتند. با توجه به ویژگی‌های جفت سطحی قوی و هم‌ترازی ساختار نواری پیوند GaAsSb/MoS2 با ابعاد مخلوط، هترو ترانزیستور دارای ویژگی‌های انتقال ضد دوقطبی برجسته با چرخش رسانایی است.

چرخش رسانایی، فرکانس را در پاسخ به سیگنال مدار آنالوگ ورودی دو برابر می‌کند و تعداد دستگاه‌های مورد نیاز را در مقایسه با ضریب فرکانس معمولی در فناوری CMOS کاهش می‌دهد.

پروفسور هو می‌گوید: «ترانزیستورهای چند بعدی و ضد دوقطبی ما می‌توانند مدارهای منطقی چند ارزشی و ضرب‌کننده‌های فرکانس را به طور همزمان پیاده‌سازی کنند و این اولین مورد از نوع خود در زمینه کاربردهای ترانزیستور ضد دوقطبی است.»

کوچک شدن ابعاد دستگاه

ویژگی های منطقی چند ارزشی شبکه های سیم کشی پیچیده را ساده. و اتلاف توان تراشه را کاهش می دهد. کوچک شدن ابعاد دستگاه، دستگاه را سریع و کارآمد می کند. و در نتیجه مدارهای دیجیتال و آنالوگ با کارایی بالا ایجاد می کند.

پروفسور هو می‌گوید: «یافته‌های ما نشان می‌دهد که دستگاه‌های ضد دوقطبی ترکیبی، طراحی مدار تراشه‌ای را با چگالی ذخیره‌سازی اطلاعات و ظرفیت پردازش اطلاعات بالا امکان‌پذیر می‌کنند.» «تا کنون، اکثر محققان در صنعت نیمه هادی ها بر کوچک سازی دستگاه تمرکز کرده اند تا قانون مور را حفظ کنند. اما ظهور دستگاه ضد دوقطبی نشان دهنده برتری نسبی فناوری مبتنی بر منطق باینری موجود است. فناوری توسعه‌یافته در این تحقیق نشان‌دهنده گام بزرگی به سوی نسل بعدی مدارهای مجتمع چند منظوره و فناوری‌های مخابراتی است.»

این تحقیق همچنین امکان ساده‌سازی بیشتر طرح‌های مدار مجتمع پیچیده را برای بهبود عملکرد. فراهم می‌کند.

قابلیت چرخش ترانس رسانایی دستگاه ضد دوقطبی مختلط، امکان کاربردهای همه کاره را در پردازش سیگنال دیجیتال و آنالوگ. از جمله اینورترهای منطقی سه تایی الکترونیک نوری پیشرفته و مدارهای دوبرابر فرکانس است. پروفسور هو افزود: “ساختار دستگاه جدید خبر از پتانسیل یک انقلاب تکنولوژیک در الکترونیک همه کاره آینده می دهد.”

مجلات دیگری که ممکن است مورد توجه باشند. کامپیوتر

برای اطلاعات بیشتر در مورد دنیای فناوری  مقالات را بررسی کنید.

برای دیدن محصولات میتوانید به سایت اینترنتی YASASTORE مراجعه فرمایید.