محققان دانشگاه پکن چین فناوری جدیدی در طراحی ترانزیستور معرفی کرده‌اند که در صورت تجاری‌سازی، می‌تواند مسیر توسعه میکروپردازنده‌ها را به‌طور چشمگیری تغییر دهد. ترانزیستور بدون سیلیکون با استفاده از ماده دوبعدی بیسموت اکسی‌سلنید (Bismuth oxyselenide) ساخته شده است.
معماری نوآورانه ترانزیستور بدون سیلیکون
نوآوری این فناوری به معماری دروازه کاملاً احاطه‌کننده (GAAFET) وابسته است؛ جایی که دروازه ترانزیستور به‌طور کامل منبع را احاطه می‌کند. در طراحی‌های سنتی فین‌فت (FinFET) که در پردازنده‌های مبتنی بر سیلیکون کنونی غالب هستند، پوشش دروازه تنها به‌صورت جزئی است. این ساختار کاملاً احاطه‌کننده، سطح تماس بین دروازه و کانال را افزایش می‌دهد؛ عملکرد را با کاهش نشت انرژی و بهبود کنترل جریان ارتقا می‌بخشد. مقاله منتشرشده در نشریه Nature Materials نشان می‌دهد که ترانزیستور دوبعدی GAAFET می‌تواند با ترانزیستورهای سیلیکونی در سرعت و بهره‌وری انرژی رقابت کند یا حتی از آن‌ها پیشی بگیرد.
عملکرد برتر در مقایسه با رقبا
محققان ادعا می‌کنند که ترانزیستور دوبعدی آن‌ها 40 درصد سریع‌تر از تراشه‌های 3 نانومتری جدید اینتل عمل می‌کند؛ درحالی‌که 10 درصد انرژی کمتری مصرف می‌نماید. این عملکرد، آن را از پردازنده‌های کنونی TSMC و سامسونگ پیش می‌اندازد. پوشش جزئی دروازه در طراحی‌های سنتی، کنترل جریان را محدود کرده و باعث افزایش اتلاف انرژی می‌شود. ساختار دروازه کامل این مشکلات را برطرف می‌کند و منجر به بهره ولتاژ بالا و مصرف انرژی بسیار پایین می‌گردد. تیم تحقیقاتی با استفاده از این طراحی، واحدهای منطقی کوچکی ساخته است.
دانشگاه پکن اعلام کرده است: «این سریع‌ترین و کارآمدترین ترانزیستور ساخته‌شده تاکنون است». این ادعاها با آزمایش‌هایی تأیید شده که تحت شرایط یکسان با تراشه‌های تجاری پیشرو انجام گرفته‌اند. پروفسور پنگ هایلین (Peng Hailin)، سرپرست پروژه اظهار داشت: «اگر نوآوری‌های تراشه مبتنی بر مواد موجود را میان‌بر بدانیم؛ توسعه ترانزیستورهای مبتنی بر مواد دوبعدی ما مانند تغییر مسیر است».
برخلاف ساختارهای عمودی فین‌فت‌ها، طراحی جدید شبیه پل‌های درهم‌تنیده است. این تغییر معماری می‌تواند محدودیت‌های مینیاتوری‌سازی فناوری سیلیکون را به‌ویژه در آستانه 3 نانومتری برطرف کند. این فناوری همچنین می‌تواند برای سریع‌ترین لپ‌تاپ‌هایی که به تراشه‌های فشرده نیاز دارند، مفید باشد.
مواد جدید بیسموت‌محور
تیم تحقیقاتی دو ماده جدید مبتنی بر بیسموت توسعه داده است: Bi₂O₂Se به‌عنوان نیمه‌رسانا و Bi₂SeO₅ به‌عنوان دی‌الکتریک دروازه. این مواد انرژی رابط پایینی دارند که نقص‌ها و پراکندگی الکترون را کاهش می‌دهد. پنگ توضیح داد: «این ویژگی به الکترون‌ها اجازه می‌دهد تقریباً بدون مقاومت جریان یابند؛ مانند آب در لوله‌ای صاف».
نتایج عملکرد با محاسبات نظریه تابعی چگالی (DFT) پشتیبانی شده و از طریق آزمایش‌های فیزیکی با استفاده از پلتفرم ساخت دقیق در دانشگاه پکن تأیید گردیده است. محققان ادعا می‌کنند که این ترانزیستورها با زیرساخت‌های نیمه‌رسانای کنونی قابل تولید هستند؛ این امر یکپارچگی آینده را ساده‌تر می‌کند.
دیدگاهتان را بنویسید