یافته جدیدی که ساخت ترانزیستورهای بدون سیلیکون را یک قدم به واقعیت نزدیکتر می‌کند

مدت‌هاست یک ماده یعنی سیلیکون در دنیای تراشه‌های کامپیوتر و ترانزیستورها حکمرانی می‌کند، اما دستاورد جدید محققان دانشگاه MIT می‌تواند در آینده این موضوع را تغییر دهد.

پژوهشگران MIT به این موضوع پی برده‌اند که یک آلیاژ به نام «InGaAs» یا «ایندیم گالیم آرسنید» می‌تواند منجر به تولید ترانزیستورهای کوچکتر و با بهره‌وری انرژی بالاتر  شود. محققان در گذشته تصویر می‌کردند که عملکرد ترانزیستورهای InGaAs در مقیاس کوچک از بین می‌رود، اما پژوهش جدید نشان می‌دهد که این زوال خاصیت ذاتی این ماده نیست.

یافته‌های محققان MIT می‌توانند روزی منجر به تولید ترانزیستورها با قدرت بالاتر و مصرف انرژی بهینه‌تر نسبت به ترانزیستورهای سیلیکونی کنونی شوند. نویسنده ارشد این مقاله، «شیائووی کای» گفته:

«ما بسیار هیجان‌زده هستیم و امیدواریم نتیجه پژوهش جدید جامعه علمی را به ادامه اکتشاف‌ها درباره InGaAs به عنوان ماده‌ای برای تولید ترانزیستورها ترغیب کند.»

ترانزیستورها بلوک‌های سازنده یک کامپیوتر هستند. آن‌ها به عنوان یک سوییچ عمل می‌کنند و جریان الکتریکی را متوقف کرده یا امکان جریان یافتن آن را فراهم می‌کنند. در اکثر دستگاه‌های هوشمند با شمار بالایی ترانزیستور روبه‌رو هستیم، برای مثال در یک لپ‌تاپ میلیاردها ترانزیستور وجود دارد.

در سال‌های اخیر مهندسان با کوچکتر کردن ترانزیستورها و قرار دادن تعداد بیشتری از آن‌ها روی یک تراشه به دنبال افزایش قدرت و همچنین کاهش مصرف انرژی آن‌ها بوده‌اند. تا به امروز سیلیکون در این بخش از بازار حکمرانی کرده، اما شاید در آینده InGaAs به رقیب قدرتمند آن تبدیل شود.

الکترون‌ها می‌توانند حتی در ولتاژهای پایین به راحتی از طریق InGaAs منتقل شوند. به گفته کای، این ماده خاصیت انتقال الکترون بالایی دارد. ترانزیستورهای InGaAs می‌توانند سیگنال‌ها را سریعتر پردازش کنند که نتیجه آن انجام سریعتر محاسبات خواهد بود. این ترانزیستورها همچنین می‌توانند در ولتاژ نسبتا کمی کار کنند که به معنای بهبود بهره‌وری انرژی خواهد بود.

در پژوهش‌های گذشته مشخص شده بود که خواص این ماده در مقیاس‌های کوچک به مرور زمان از بین می‌رود. همین موضوع باعث شده پژوهشگران آن را ماده مناسبی برای تولید تراشه‌های سریعتر و کوچکتر درنظر نگیرند. حالا پژوهش جدید چنین برداشتی را تغییر می‌دهد.

طبق تحقیق جدید، مشکلات ایجاد شده در عملکرد InGaAs در مقیاس کوچک تا حدودی مربوط به اکسید و به دام افتادن آن می‌شود. این مشکل باعث گیر افتادن الکترون‌ها در هنگام تلاش برای عبور از ترانزیستور خواهد شد. در این هنگام با وجود ولتاژ مناسب، به جریان بسیار محدودی دسترسی پیدا می‌کنید.

تیم کای با مطاله روی وابستگی به فرکانس ترانزیستور و به دام افتادن اکسید، به چنین یافته‌هایی دست پیدا کرده. در فرکانس‌های پایین، عملکرد ترانزیستورهای InGaAs در مقیاس نانو کاهش پیدا می‌کند. با این حال در فرکانس‌های ۱ گیگاهرتز یا بالاتر، مشکلی به چشم نمی‌خورد و دیگر مانعی وجود ندارد.

باید منتظر ماند و دید پژوهشگران نسبت به چنین یافته‌ای چه واکنشی از خود نشان می‌دهند و شاهد شروع مطالعات جدید برای استفاده از InGaAs برای تولید ترانزیستور خواهیم بود یا خیر.