סיקור מקיף

חיווט ננומטרי הוא המפתח לעתיד הטרנזיסטורים והאלקטרוניקה

חוקרים קרובים עתה להשתמש ברכיבים זעירים – ננו חוטים מוליכים למחצה ליצירת דור חדש של טרנזיסטורים קטנים במיוחד בעלי שכבות מוגדרות של סיליקון וגרמניום, שיאפשרו ביצועים הרבה יותר טובים של הטרנזיסטורים.

חלקיקים זעירים של סגסוגת זהב-אלומיניום חוממו וקוררו לסירוגין בתוך חדר ואקום, ולאחר מכן החדרו אליהם לסירוגין סיליקון וגרמניום. כאשר החרוז של זהב-אלומיניום הופך רווי בסיליקון ובגרמניום, הוא גורם להם להתחבר וליצור חוטים ננומטריים. איור: מרכז בירק לננוטכנולוגיה, אוניברסיטת פורדו
חלקיקים זעירים של סגסוגת זהב-אלומיניום חוממו וקוררו לסירוגין בתוך חדר ואקום, ולאחר מכן החדרו אליהם לסירוגין סיליקון וגרמניום. כאשר החרוז של זהב-אלומיניום הופך רווי בסיליקון ובגרמניום, הוא גורם להם להתחבר וליצור חוטים ננומטריים. איור: מרכז בירק לננוטכנולוגיה, אוניברסיטת פורדו

דור חדש של טרנזיסטורים זעירים במיוחד שמהם ניתן יהיה לייצר שבבי מחשב חזקים במיוחד תוך שימוש במבנים זעירים המכונים ננו-חוטים מוליכים למחצה קרובים הפוך למציאות לאחר גילוי משותף של חוקרים ביבמ, אוניברסיטת פורדו ואוניברסיטת קליפורניה בלוס אנגל'ס.
החוקרים למדו כיצד ליצור ננו חוטים באמצעות שכבות של חומרים שונים שהגבול שלהם מוגדר בבירור ברמה האטומית, דרישה חיונית לייצור טרנזיסטורים יעילים מתוך מבנים אלה.
"הצלחת האפשרות להבחין באופן ברור בין שכבות של חומרים מאפשר לנו לשפר ולבקר את זרימת האלקטרונים ולמתג את הזרימה הזו לפי הצורך – להעביר או להפסיק", אומר אריק סטאץ' פרופסור להנדסת חומרים בפורדו.
רכיבים אלקטרוניים עשויים לרוב ממבנים מרובי חומרים (heterostructures), משמעות הדבר כי הם מכילים שכבות מוגדרות היטב של מוליכים למחצה שונים כגון סיליקון וגרמניום. עד כה, החוקרים הלא הצליחו לייצר ננוחוטים בעלי שכבות מוגדרות של סיליקום וגרמניום. במקום זאת, מעבר משכבה אחת לשניה היה כל כך הדרגתי ולכן לא יכול היה אופטימאלי לשימוש בטרנזיסטורים.
הממציאם החדשים מצביעים על גישה ליצירת טרנזיסטורים המורכבים מננו-חוטים.
הממצאים פורסמו ב-27 בנובמבר בכתב העת סיינס. בעוד טרנזיסטורים קונבנציונליים בנויים משכבות שטוחות אופקיות של סיליקון, חוטי הסיליקון הננומטריים גדלים אנכית. בגלל המבנה האנכי, יש להם טביעת רגל קטנה יותר, דבר שיכול להפוך אותם למתאימים יותר לטרנזיסטורים על גבי כרטיסים משולבים או שבבים, אומר סטאצ'.
ואולם תחילה יש ללמוד כיצד לייצר את הננו-חוטים לפי תקנים חזקים לפני שהתעשיה תוכל להתחיל להשתמש בהם לייצור טרנזיסטורים" אמר.
ננו חוטים יוכלו לאפשר למהנדסים לפתור בעיות המאיימות על תעשיות האלקטרוניקה. טכנולוגיות חדשות יידרשו לתעשיה כדי להמשיך את חוק מור, כלל בלתי רשמי שלפיו מספר הטרנזיסטורים בשבב מחשב מוכפל בכל 18 חודשים, דבר המתבטא בהתפתחות מהירה במחשבים ובתקשורת. הכפלת מספר הרכיבים שניתן להתקין על שבב מחשב מתורגם לגידול מקביל בביצועים. ואולם, הולך ונהיה קשה יותר להמשיך ולכווץ את הרכיבים האלקטרוניים המורכבים ממוליכים למחצה מבוססי סיליקון.

5 תגובות

  1. הבעיה העיקרית היום איננה המזעור אלא הפקת החום. הנוסחא לפיזור חום של רכיב אלקטרוני
    היא E=cVf^2/2 (כאשר E אנרגיה, C קיבול, V מתח הרכיב, F תדר). כשהתדר עולה (מהירות) החום עולה בריבוע. לכן בעשור האחרון עוסקים מדעני התהליכים באינטל (AMD) בחישוב מקבילי ולא בהגדלת התדר, שהיא אפשרית במיזעור, היות והאלקטרון עובר דרך קצרה יותר. בתדר גבוה הרכיב יישרף. ניתן למזער למטרת חישוב מקבילי, אך לא להעלאת התדר. קיימת טכנולוגיה חלופית עם חום סביר הנקראת מיבנים מעורבים (hetero structures). בשיטה זו מיוצרות שכבות של חומרים שונים כך שהאלקטרון "נופל" לשכבה עם רמה אנרגטית נמוכה, אשר אינה מזוהמת כלל ביונים,אטומים.
    הזיהום קורה בשכבות עם אנרגיה גבוהה, כך שהאלקטרון נופל לשכבה האנרגטית הנמוכה . ניתן לדמיין את זה ככריך עם 2 פרוסות לחם ושוקולד.
    עי"כ המרחק שהוא עובר בין התנגשויות הוא גדול לאין ערוך (למרות שההסעה קוונטית היא ניתנת לקרוב כקווזי קלסית). בחומרים GaAs ניתן להשיג תדרים 150GHZ כבר בעובי 100 מיקרון (ומטה). הבעיה – יקרים. חומרים כמו סיליקון-גרמניום משמשים ברכיבי ביפולרי של ערוץ הנתונים/כתובות של מחשבים כדי להאיץ שם את התדר. חומרים אורגניים להבדיל ממחשבים פותרים את הבעיה לדעתי על ידי חישוב מקבילי במוח, ולכן איננו נשרפים.

  2. בטרנזיסטורים כאלו אין זיהום בכלל. הם עובדים בדרך אחרת. בנוסף, המאמר לא ממש מסביר מה הדרך האחרת בצורה ברורה.
    בכל מקרה יהיה נחמד לקבל הסבר על מה זה גרפן מה הם נאנו חוטים, או מערכות 0 מימדיות, SIS וכו'.
    הסבר כזה יכול לעזור לקוראים המתעניינים להבין כתבות מסוג זה. כמובן ברורה העבודה הגדולה הנדרשת.

  3. לא ברור בכלל איך ממומש כאן העיקרון שלפיו עובד טרנזיסטור… נכון שהבעיה העיקרית היום בתהליך המזעור זה שכיווץ הבסיס גורם למעשה להגברת זרם הזליגה ובכך לבזבוז אנרגיה ופליטת חום אבל כאן לא ברור בכלל מה זה אמור לשמש Source ,Gate , Drain או Base?
    עד עכשיו היה שימוש בזהב כזיהום אבל שימוש בכמות כזאת של זהב לא נראה לי שיהפוך את העסק למשתלם כלל…

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן