تکنولوژی

پایه ای جدید برای ترانزیستورهای فوق سریع

نانوسیم های زنده

اندازه‌گیری‌های طیف‌سنجی تراهرتز نشان داده‌اند که هسته محکم نانوسیم‌های نیمه‌رسانا می‌تواند حاوی الکترون‌هایی باشد که به سرعت حرکت می‌کنند، که می‌توانند در نسل جدیدی از نانوترانزیستورها استفاده شوند. منبع: HZDR / Juniks

وقتی نانوسیم ها انرژی می گیرند، اساس ترانزیستورهای فوق سریع را تشکیل می دهند.

تراشه‌های کوچک‌تر، رایانه‌های سریع‌تر، مصرف انرژی کمتر. انتظار می رود مفاهیم جدید مبتنی بر نانوسیم های نیمه هادی، ترانزیستورها را در مدارهای میکروالکترونیکی بهتر و کارآمدتر کند. تحرک الکترون ها در این امر نقش کلیدی ایفا می کند: هرچه الکترون ها بتوانند در این سیم های کوچک شتاب بگیرند، ترانزیستور سریع تر می تواند سوئیچ کند و انرژی کمتری نیاز دارد. تیمی از محققان از Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)، TU Dresden و NaMLab اکنون توانسته‌اند به طور تجربی نشان دهند که تحرک الکترون‌ها در نانوسیم‌ها زمانی که پوشش سیم را در معرض تنش کششی قرار می‌دهد، به طور قابل‌توجهی افزایش می‌یابد. این پدیده فرصت های جدیدی را برای توسعه ترانزیستورهای فوق سریع ایجاد می کند.

نانوسیم ها یک ویژگی منحصر به فرد دارند: این سیم های فوق نازک می توانند تنش های الاستیک بسیار بالایی را بدون آسیب رساندن به ساختار کریستالی مواد تحمل کنند. و با این حال خود مواد غیرعادی نیستند. به عنوان مثال، آرسنید گالیم به طور گسترده در تولید صنعتی استفاده می شود و به داشتن تحرک ذاتی الکترون بالا شناخته شده است.

تنش باعث ایجاد سرعت می شود

برای افزایش بیشتر این تحرک، محققان در درسدن نانوسیم هایی متشکل از یک هسته آرسنید گالیم و یک پوشش آرسنید داخلی / آلومینیوم تولید کردند. ترکیبات شیمیایی مختلف باعث می شود که ساختارهای کریستالی در پوسته و هسته فاصله شبکه کمی متفاوت داشته باشند. این باعث می شود که پوشش فشار مکانیکی بالایی بر روی یک هسته بسیار نازک تر اعمال کند. آرسنید گالیم در هسته خواص الکترونیکی خود را تغییر می دهد. ما بر جرم مؤثر الکترون‌ها در هسته تأثیر می‌گذاریم. دکتر امانویل دیماکیس، دانشمند مؤسسه تحقیقات مواد و فیزیک پرتو یونی HZDR و آغازگر این مطالعه که اخیراً منتشر شده است، توضیح داد که الکترون‌ها به اصطلاح سبک‌تر می‌شوند، که آنها را متحرک‌تر می‌کند.

آنچه به عنوان یک پیش‌بینی نظری آغاز شد، اکنون توسط دانشمندان در مطالعه‌ای که اخیراً منتشر شده است، به‌طور تجربی ثابت شده است. ما می‌دانستیم که الکترون‌های هسته باید در ساختار کریستالی تحت کشش حرکت بیشتری داشته باشند. با این حال، ما نمی دانستیم که پوشش سیم تا چه حد بر تحرک الکترون ها در هسته تأثیر می گذارد. هسته بسیار نازک است، که به الکترون‌ها اجازه می‌دهد تا با پوسته تعامل کرده و از طریق آن منتشر شوند. مجموعه‌ای از اندازه‌گیری‌ها و آزمایش‌ها این اثر را نشان دادند: علی‌رغم برهمکنش با پوشش، الکترون‌های هسته سیم‌های مورد آزمایش در دمای اتاق حدود 30 درصد سریع‌تر از الکترون‌های نانوسیم‌های قابل مقایسه بدون تنش یا در جرم آرسنید گالیم حرکت کردند.

افشای هسته

دانشمندان تحرک الکترون ها را با استفاده از طیف سنجی نوری غیر تماسی اندازه گیری کردند: با استفاده از یک پالس لیزر نوری، الکترون ها را در داخل ماده آزاد کردند. دانشمندان انرژی پالس نور را به گونه ای انتخاب کردند که پوشش عملاً در برابر نور شفاف به نظر می رسید و الکترون های آزاد فقط در هسته سیم تولید می شدند. پالس های متوالی تراهرتز با فرکانس بالا باعث ارتعاش الکترون های آزاد شدند. دکتر الکسی پاشکین، که با همکاری تیمش در HZDR، اندازه‌گیری‌ها را برای آزمایش نانوسیم‌های پوسته هسته تحت مطالعه بهینه‌سازی کرد، توضیح داد: «ما عملاً الکترون‌هایی را که در سیم شروع به نوسان می‌کنند، لگد می‌زنیم.

مقایسه نتایج با مدل‌ها نشان می‌دهد که الکترون‌ها چگونه حرکت می‌کنند: هرچه سرعت آنها بیشتر باشد و موانع کمتری داشته باشند، نوسان بیشتر طول می‌کشد. این در واقع یک تکنیک استاندارد است. اما این بار کل سیم – که از هسته و پوسته تشکیل شده است – فقط هسته کوچک را اندازه گیری نکردیم. این یک چالش جدید برای ما بود. هسته تقریباً 1٪ از مواد است. به عبارت دیگر، ما حدود صد برابر الکترون های کمتری را تحریک می کنیم و سیگنالی را دریافت می کنیم که صد برابر ضعیف تر است.

در نتیجه، انتخاب نمونه نیز یک مرحله حیاتی بود. یک نمونه معمولی به طور متوسط ​​شامل حدود 20000 تا 100000 نانوسیم بر روی یک قطعه بستر به اندازه تقریباً یک میلی متر مربع است. اگر سیم‌ها حتی نزدیک‌تر به هم روی نمونه قرار گیرند، یک اثر نامطلوب می‌تواند رخ دهد: سیم‌های مجاور با هم تعامل می‌کنند تا سیگنالی شبیه به یک سیم منفرد و ضخیم‌تر ایجاد کنند و نتایج را مخدوش کنند. اگر این اثر تشخیص داده نشود، سرعت الکترون به دست آمده بسیار کم است. برای رد چنین تداخلی، تیم تحقیقاتی درسدن مدل‌سازی اضافی و همچنین مجموعه‌ای از اندازه‌گیری‌ها را برای نانوسیم‌هایی با چگالی‌های مختلف انجام داد.

نمونه های اولیه برای ترانزیستورهای پرسرعت

روند در میکروالکترونیک و صنعت نیمه هادی به ترانزیستورهای کوچکتر نیاز دارد که سریعتر و سریعتر سوئیچ شوند. کارشناسان پیش بینی می کنند که مفاهیم جدید نانوسیم برای …

نمایش بیشتر

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

دکمه بازگشت به بالا