نگاهی به عقب و جلو: تلاش یک دهه برای یک ترانزیستور قابل تبدیل

 
توضیح تصویر: این یک تصویر شماتیکی از یک NC-FET است که در آن یک لایه HZO فرو الکتریک سازگار CMOS قسمتی از پشته دروازه است تا ظرفیت منفی را در پشته دروازه و عملیات ترانزیستور زیر 60 mV / dec محقق کند.
اعتبار: پیت دی یو   

ترانزیستورها در طول 50 سال گذشته کوچک شده اند، اما ما به نقطه ای رسیده ایم که دیگر نمی‌توان آن را ادامه داد. محققان در ژورنال Applied Physics Letters، ترانزیستورهای اثر میدان دارای ظرفیت منفی را بررسی می کنند، یک مفهوم جدید دستگاه که پیشنهاد می کند ترانزیستورهای سنتی را می توان با اضافه کردن یک لایه نازک از مواد فروالکتریک، بسیار کارآمد ساخت. اگر این کار کند، همان تراشه می تواند خیلی بیشتر محاسبه کند، و با این وجود نیاز به تکرر کمتری برای شارژ باتری‌اش دارد. ترانزیستورها در طول 50 سال گذشته کوچک شده اند، اما ما به نقطه ای رسیده ایم که دیگر نمی‌توان آن را ادامه داد
 
گوشی های هوشمند حاوی میلیاردها سوئیچ کوچک به نام ترانزیستورها هستند که به ما امکان می دهد تا وظایف فراوانی فراتر از برقراری تماس ها - ارسال متون، مرور اطراف، تصویر برداری سلفی و ورود نام های کاربری گوگل را انجام دهیم. این سوئیچ ها شامل یک کانال هدایت الکتریکی است که هدایت آن می تواند توسط یک ترمینال دروازه، که از کانال توسط یک فیلم دی الکتریک که تنها 5 تا 6 اتم ضخامت دارد جدا شده است، تغییر کند.
 
ترانزیستورها برای 50 سال گذشته بر اساس قانون مور، اختراع شده اند، که بر طبق آن تعداد ترانزیستورهای تراشه می تواند تقریبا هر 18 ماه دوبرابر شود در حالی که هزینه آن نصف می شود. اما اکنون به نقطه ای رسیده ایم که ترانزیستورها دیگر نمی توانند به مقیاس پذیری ادامه دهند.
 
در مجله Applied Physics Letters، از انتشارات AIP، محققانِ ترانزیستورهای میدان مغناطیسی منفی (NC-FETs)، یک مفهوم دستگاه جدید را نشان می دهند که پیشنهاد می کند ترانزیستورهای سنتی با اضافه کردن یک لایه نازک از مواد فراورده الکتریکی بسیار کارآمد باشند. اگر این کار کند، همان تراشه می تواند خیلی بیشتر محاسبه کند، و با این وجود نیاز به شارژ مکرر کمتری برای باتری خود داشته باشد.
 
فیزیک تکنولوژی در سراسر جهان مورد ارزیابی قرار گرفته و در مقاله خود محققان خلاصه ای از آخرین کار با FET های NC و نیاز برای خود استواری و تفسیر منسجمی از آزمایش های مختلف گزارش شده در نوشتجات را خلاصه کرده‌اند.
 
محمد اشرفال الام، استاد مهندسی برق و کامپیوتر در دانشگاه پوردو، گفت: "FET های NC در ابتدا توسط استاد همکار من Supriyo Datta و دانشجوی تحصیلات تکمیلی او، سایف صلاح الدین، که اکنون استاد دانشگاه کالیفرنیا در برکلی است، پیشنهاد شدند."
 
از همان آغاز، آلام مفهوم NC-FET ها را جالب توجه یافت - نه تنها به این دلیل که به حل یک مشکل فوری برای پیدا کردن یک سوئیچ الکترونیک جدید برای صنعت نیمه هادی می پردازد بلکه همچنین به عنوان یک چارچوب مفهومی برای کلاس های گسترده ای از دستگاه‌های انتقال فاز که مجموعاً "سویچ‌های لاندا" نامیده می‌شوند.
 
آلام گفت: "اخیرا، زمانی که همکار و مؤلف همکارم پروفسور Peide Ye شروع به آزمایش تجربی این ترانزیستورها کرد، این فرصتی بود تا با او کار کنم تا ویژگی های عمیق و جذاب این تکنولوژی دستگاه را بررسی کنم." "مقاله ما خلاصه دیدگاه "نظری - تجربی" ما در این موضوع است."
 
با وجود این که صدها مقاله بر روی این موضوع منتشر شده است، بر اساس نظر محققان، روی اعتبار NC شبه استاتیک و محدودیت های فرکانس و قابلیت اطمینان NC-FET هنوز به شدت بحث می شود.
 
اثر ترانزیستورهایNC-FET ، اگر به طور قطعی نشان داده شود و در آی سی های مدرن ادغام شود، دگرگون کننده است. Ye  گفت: "با فرض داشتن پتانسیل، نیاز به تجزیه و تحلیل سیستماتیک از مفهوم دستگاه وجود دارد". "ما دریافتیم که داده های گروه های مختلف دارای پراکندگی وسیع هستند و محققان از تکنیک های بسیار متفاوتی برای مشخص کردن دستگاه هایشان استفاده می کنند. این به تجزیه و تحلیل جامع و یکی شده از مجموعه داده های موجود نیاز دارد."
 
محققان امیدوارند که کارشان جامعه را بر این امر گرد آورد تا راه هایی برای پیشرفت هماهنگ در جهت تحقق این تکنولوژی امیدوار کننده ارائه دهند.
 

ترانزیستورها در هر جایی که جریان جاری است مورد نیاز است، و آنها جزء ضروری تقریبا تمام سوئیچ های الکترونیکی هستند. در زمینه الکترونیک قدرت، ترانزیستورها برای جابجایی جریانهای بزرگ استفاده می شوند. با این حال، یکی از عوارض جانبی استفاده از آنها این است که اجزاء  گرم می شوند و در نتیجه انرژی از دست می رود. یکی از راه های مقابله با این موضوع و به طور بالقوه صرفه جویی قابل توجه در انرژی، استفاده از ترانزیستورهای دارای کارایی در انرژی است.
     
محققان یک روش ساده و در عین حال دقیق برای یافتن نقص در نسل جدید ترانزیستورهای کاربید سیلیکون را توسعه داده اند. این، روند توسعه ترانزیستورهای کارآمد تر در انرژی را در آینده سرعت می بخشد. آنها اکنون یافته های خود را در فیزیک ارتباطات منتشر کرده اند. محققان یک روش ساده و در عین حال دقیق برای یافتن نقص در نسل جدید ترانزیستورهای کاربید سیلیکون را توسعه داده اند.
 
افزایش بهره وری از دستگاه های الکترونیکی قدرت یکی از راه های صرفه جویی در انرژی در دنیای تکنولوژی ما است. این اجزایی است که اطمینان می دهد که قدرت از نیروگاه های فتوولتائیک یا نیروگاه بادی برق به شبکه تغذیه می شود، واحد های کشش قطارها با جریان از خطوط هوایی تامین می شود و انرژی از باتری ها به موتور در وسایل نقلیه الکتریکی و هیبریدی منتقل می شود. با این حال، در عین حال، این اجزاء به طور ایده آل باید تا هر اندازه که ممکن است کم برق مصرف کنند وگرنه، گرما بطور غیر ضروری تولید می شود، سیستم های خنک کننده پیچیده اضافی‌ای مورد نیاز خواهد بود و در نتیجه انرژی تلف می شود.
 
بر گرفته از سایت ساینس دیلی

مترجم: علی رضایی میر قائد