به گفته‌ی پژوهشگران شرکت IBM، ساخت مدار آزمایشی با نانوسیم‌های سیلیکونی می‌تواند راه را برای تولید ترانزیستورهای بسیار کوچک‌تر هموار کند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از IEEE Spectrum، پژوهشگران مرکز تحقیقاتی توماس جی واتسون، در همایش سالانه‌ی «فن‌آوری VLSI» در هانولولو، خبر از ساخت یک نوسان‌ساز حلقه‌ای (Ring Oscillator) دادند. در ساختار این نوسان‌ساز، از FET استفاده شده است و قطر نانوسیم‌های به کار رفته در آن نیز، 3 نانومتر است. این نوسان‌ساز، همچنین، از 25 معکوس‌کننده تشکیل یافته است که هر کدام از آن‌ها از کانال‌های مثبت و منفی FET استفاده می‌کنند.

ساخت این قطعه که دارای تأخیر تنها 10 پیکوثانیه در هر طبقه‌ی معکوس‌کننده است، نشان می‌دهد که مهندسان می‌توانند مدار عملی‌ای بسازند که از ترانزیستورهایی با پهنای کانال بسیار کوچک‌تر از قطعه‌های امروزی تشکیل یافته باشد. همان‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌طور که می‌دانیم، جریان گذرنده از کانال‌های FET، توسط گیت قطعه کنترل می‌شود. به گفته‌ی جفری اسلایت، عضو ارشد کادر فنی شرکت IBM، در صورتی که ابعاد مدارهای ساخته شده بر روی تراشه‌های سیلیکونی، روند کوچک‌تر شدن خود را ادامه دهند، کوچک‌تر شدن پهنای کانال، امری بحرانی به نظر خواهد رسید.

با کوچک‌تر شدن کانال FET، ماده‌ی دی‌الکتریکی که گیت را از کانال جدا می‌کند، باید باریک‌تر شود. اما از طرفی دیگر، با باریک‌تر شدن دی‌الکتریک گیت، جریان نشتی تا جایی افزایش می‌یابد که دیگر مدار به حالت قطع نخواهد رفت. در این صورت، منطق دیجیتالی مدار به هم خواهد خورد. اسلایت، عقیده دارد که مدارها، هنوز هم می‌توانند با گیت‌های امروزی که پهنای آن‌ها حدود 35 تا 40 نانومتر است، کار کنند ولی در آینده نخواهند توانست. او بیان کرد: «اگر بخواهید پا را فراتر بگذارید و گیت‌هایی با پهنای 15 تا 20 نانومتر بسازید، تصور اینکه چگونه بتوان این کار را بر روی قطعه‌های معمولی مسطح پیاده‌سازی کرد، بسیار دشوار است.»

راه‌حل گروه کاری اسلایت، ساخت ترانزیستورهایی است که نانوسیم‌های سیلیکونی به کار رفته در آن، از تمام اطراف، توسط دی‌الکتریک گیت، احاطه شده باشند. گیت ترانزیستورهای مسطح کنونی، در بالای سیلیکون قرار دارد. اسلایت می‌گوید: «طرح ما شبیه این است که ترانزیستورهایی داشته باشیم که گیت آن‌ها در بالا، پایین، راست و چپ قرار داشته باشند، هرچند که در این حالت، سیلیکون، استوانه‌ای شکل است.»

وی همچنین اظهار داشت: «با در اختیار داشتن گیت‌های اضافی، امکان کنترل بهتر کانال فراهم می‌شود.»

اسلایت اضافه می‌کند که برای ساخت طرح یاد شده، قطر نانوسیم‌های سیلیکونی آن، باید کمتر از 10 نانومتر باشد. روش جدید شرکت IBM، امکان تولید نانوسیم‌هایی با قطر 3 نانومتر را فراهم می‌کند. به گفته‌ی اسلایت، روش جدید، بسیار شبیه فرآیند CMOS است. گروه پژوهشی اسلایت، کار خود را با لایه‌ای از سیلیکون بر روی لایه‎‌ای از دی‌اکسید سیلیکون آغاز کردند و از روش چاپ ویژه‌ای برای به چاپ رساندن شکل درست و مناسب بر روی سیلیکون، استفاده کردند. پژوهشگران سپس لایه‌ی اکسید را از زیر لایه‌ی سیلیکونی برداشتند و در نتیجه سیم‌های سیلیکونی افقی بر جای ماندند. پژوهشگران برای صاف‌ کردن این سیم‌ها نیز، سیلیکون را در فشار هیدروژن در معرض حرارت قرار دارند.

یکی از مزایای طرح FET دارای نانوسیم، این است که برخلاف طرح مسطح، برای کنترل رفتار الکتریکی سیلیکون، نیازی به تزریق ناخالصی به آن نیست. این امر برای ترانزیستورهای کنونی خوب است؛ ولی در دستگاه‌هایی که دارای ویژگی‌های کوچک‌تر از 22 نانومتر هستند، کنترل شدت مواد ناخالصی دشوار است. نوسانات ناشی از آن‌ها می‌تواند بر روی ولتاژی که هر قطعه در آن روشن می‌شود، تأثیر بگذارد. در ساختار FET نانوسیم‌دار، گیت‌های احاطه کننده‌ی سیلیکون، کنترل رفتار الکتریکی آن را برعهده دارند و نیازی به وجود مواد ناخالصی برای این کار نیست.

در همایش فن‌آوری VLSI سال گذشته، گروهی از شرکت الکترونیک سامسونگ، خبر از ساخت FETهای دارای نانوسیم‌های سیلیکونی با گیت‌هایی در اطراف آن داده بودند؛ ولی نانوسیم‌های 13 نانومتری آن‌ها ضخیم‌تر بودند. اسلایت عقیده دارد، او و همکارانش در IBM، نه تنها ابعاد نانوسیم‌ها را کاهش داده‌اند و کارایی FETها را بهبود بخشیده‌اند، بلکه با ساخت یک مدار عملی به نام نوسان‌ساز حلقه‌ای، گام دیگری رو به جلو برداشته‌اند.

مینگ لی، پژوهشگر شرکت سامسونگ در زمینه‌ی نانوسیم، درباره‌ی کار صورت گرفته توسط IBM می‌گوید: «این کار، جالب توجه است. IBM توانست یک مدار مؤثر با کنترل کاملاً واقعی طراحی و تولید کند.» او اضافه می‌کند که در آینده برای اجرای عملی این طرح در بیرون از آزمایشگاه، برقراری تعادلی مناسب بین مشخصه‌های الکتریکی متفاوت قطعه، امری کلیدی به شمار خواهد رفت.

به گفته‌ی اسلایت، چند سالی طول می‌کشد تا این نوع مدار بتواند در تراشه‌ها مورد استفاده قرار گیرد.

اطلاعات اضافی:

برای جزئیات بیشتر در مورد (Ring Oscillator) به این آدرس مراجعه شود.

لینک دائمی | نسخه مناسب چاپ | ارسال لينك اين صفحه به دوستان |