ترانزستورات الجسر النانوية تفتح الطريق أمام إلكترونيات الجيل التالي

إن النهج الجديد للدوائر المتكاملة، الذي يجمع ذرات المواد شبه الموصلة في أسلاك نانوية وهياكل فوق أسطح السيليكون، يبشر بجيل جديد من الأجهزة الإلكترونية والفوتونية السريعة والقوية. وقد قام المهندسون في جامعة كاليفورنيا، ديفيس، مؤخرًا بعرض ترانزستورات أسلاك متناهية الصغر ثلاثية الأبعاد باستخدام هذا النهج الذي يفتح فرصًا مثيرة لدمج أشباه الموصلات الأخرى، مثل نيتريد الغاليوم، على ركائز السيليكون.

وقال سيف إسلام، أستاذ الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر في جامعة كاليفورنيا في ديفيس: "لا يستطيع السيليكون فعل كل شيء". وصلت الدوائر المبنية على السيليكون المحفور تقليديًا إلى الحد الأدنى لحجمها، مما يحد من سرعة التشغيل وكثافة التكامل. بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن لدوائر السيليكون التقليدية أن تعمل عند درجات حرارة أعلى من 250 درجة مئوية (حوالي 480 درجة فهرنهايت)، أو التعامل مع الطاقة العالية أو الفولتية، أو التطبيقات البصرية.

ويمكن استخدام التكنولوجيا الجديدة، على سبيل المثال، لبناء أجهزة استشعار يمكنها العمل تحت درجات حرارة عالية، على سبيل المثال داخل محركات الطائرات.

وقال إسلام: "في المستقبل المنظور، سيعتمد المجتمع على مجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار وأنظمة التحكم التي تعمل في البيئات القاسية، مثل السيارات والقوارب والطائرات واستخراج النفط الخام والأرضي والصواريخ والمركبات الفضائية والمزروعات الجسدية". .

توفر الأجهزة التي تشتمل على مواد السيليكون وغير السيليكون سرعات أعلى وأداء أكثر قوة. تتكون الدوائر الدقيقة التقليدية من طبقات محفورة من السيليكون والعوازل، ولكن من الصعب زراعة مواد غير سيليكونية كطبقات فوق السيليكون بسبب عدم التوافق في البنية البلورية (أو "عدم تطابق الشبكة") والاختلافات في الخواص الحرارية.

وبدلاً من ذلك، تم إنشاء مختبر الإسلام في جامعة كاليفورنيا في ديفيس رقائق السليكون مع "أعمدة نانوية" من مواد مثل زرنيخيد الغاليوم، نيتريد الغاليوم أو فوسفيد الإنديوم عليها، وإنشاء "جسور" صغيرة من الأسلاك النانوية بين الأعمدة النانوية.

وقال إسلام: "لا يمكننا إنتاج أغشية من هذه المواد الأخرى على السيليكون، ولكن يمكننا إنتاجها على شكل أسلاك نانوية".

لقد تمكن الباحثون من جعل هذه الأسلاك النانوية تعمل كترانزستورات، ودمجها في دوائر أكثر تعقيدًا بالإضافة إلى أجهزة تستجيب للضوء. لقد طوروا تقنيات للتحكم في عدد الأسلاك النانوية وخصائصها الفيزيائية واتساقها.

قال إسلام إن الهياكل المعلقة لها مزايا أخرى: فهي أسهل في التبريد والتعامل مع التمدد الحراري بشكل أفضل من الهياكل المستوية - وهي مشكلة ذات صلة عندما تكون غير متطابقة مواد يتم دمجها في الترانزستور.

تستفيد التكنولوجيا أيضًا من التكنولوجيا الراسخة في التصنيع السيليكون دوائر متكاملةوقال إسلام، بدلاً من الاضطرار إلى إنشاء طريق جديد تمامًا للتصنيع والتوزيع.

تم وصف العمل في سلسلة من الأبحاث الحديثة في المجلات مواد متطورة, رسائل الفيزياء التطبيقية و معاملات IEEE على تكنولوجيا النانو مع المؤلفين المشاركين جين يونغ أوه في جامعة كاليفورنيا في ديفيس؛ جونغ تاي بارك، جامعة إنشيون، كوريا الجنوبية؛ هيون جون جانج وون جو تشو، جامعة كوانج وون، كوريا الجنوبية. تم توفير التمويل من قبل مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية وحكومة كوريا الجنوبية.