راه پرداخت؛ رسانه فناوری‌های مالی ایران

ماشین کوچک‌کننده خارق‌العاده / ماده‌ای جدید خبر از تراشه‌هایی می‌دهد که مدارهای مینیاتوری بیشتری را در خود جای می‌دهند

0

ماهنامه عصر تراکنش شماره ۳۷ / جوکی قدیمی در کسب‌وکارهای نیمه‌رسانا‌ وجود دارد که تعداد افرادی که پایان قانون مور را پیش‌بینی می‌کنند، هر دو سال دوبرابر می‌شوند. این جوک ارجاعی به پیش‌بینی دیگری است که «گوردون مور»، یکی از بنیان‌گذاران اینتل در دهه ۱۹۷۰ مطرح کرد. مور پیش‌بینی کرده بود که تعداد ترانزیستورهایی که می‌توان در هر تراشه سیلیکونی جای داد، هر دو سال دوبرابر می‌شود.

وقتی این رقم در اواسط دهه ۱۹۸۰ از یک میلیون گذشت، برخی گفتند نرخ رشد حتماً کاهش خواهد یافت. تعداد ترانزیستورهایی که روی هر تراشه جای می‌شد، تا سال ۲۰۰۵ به یک میلیارد رسید. بسیاری از افراد معتقد بودند این روند ادامه نخواهد داشت، اما در حال حاضر روی برخی تراشه‌ها حدود ۵۰ میلیارد ترانزیستور جای می‌گیرد و تولیدکنندگان به‌دنبال افزایش این رقم هستند.

طبق آخرین پیشرفت‌ها کوچک‌ترین قطعات، ترانزیستورها و دیودهایی که روی تراشه‌های سیلیکونی جای می‌گیرند، حدود هفت نانومتر (یک‌میلیاردم متر) قطر دارند. این رقم یک‌هزارم قطر هر گلبول قرمز است، اما مشکلاتی وجود دارد. با کوچک‌شدن قطعات، الکترون‌ها در ارتباطات بین آنها نشت می‌کنند و باعث ایجاد پارازیت و عدم اطمینان می‌شوند. در نتیجه شاهد بازگشت پیشگوهای بدبین هستیم. با این حال باز هم به ‌نظر می‌رسد اشتباه می‌کنند. پاسخ مسئله نشت الکترون عایق‌بندی بهتر بین قطعات تراشه است. گروهی از پژوهشگران در کره جنوبی و بریتانیا معتقدند عایق مورد نیاز را پیدا کرده‌اند. این عایق نیترید بور آمورف لایه نازک خوانده می‌شود.


شگفتی پیش‌رو


ماجرای این ماده جذاب است. در جدول تناوبی، بور و نیتروژن در دو طرف کربن قرار دارند، یکی از پیامدهای این امر این است که مواد تشکیل‌شده از تعداد مساوی اتم بور و نیتروژن درست مانند کربن متبلور می‌شوند. به عبارت دیگر هم‌ارزهای نیترید بور برای الماس و گرافیت وجود دارد. همچنین هم‌ارزهای نیترید بور از ترکیب‌های کوچک اتم‌های کربن به نام‌های فلورن و نانولوله وجود دارند. بنابراین وقتی در سال ۲۰۰۴ آلوتروپ دیگری از کربن به نام گرافین ساخته شد که شامل لایه‌های واحدی از اتم‌ها در شبکه‌ای شش‌ضلعی شبیه کندوی عسل بود، جای تعجب نداشت که نسخه‌ای مشابه نیترید بور داشته باشد. این ماده را در محاوره گرافین سفید می‌خوانند.

در ابتدا گرافین سفید در حوزه مواد دوبعدی آنچنان موفق نبود. گرافین واقعی که بسیار محکم بود و می‌توانست گرما و الکتریسیته را با بهره‌وری بسیار زیاد عبور دهد، به‌عنوان ماده‌ای شگفت‌آور مطرح شد که شاید روزی از آن برای تولید ترانزیستورهایی بسیار کوچک‌تر و سریع‌تر از ترانزیستورهای سیلیکونی استفاده شود و در نتیجه باعث شود قانون مور تداوم داشته باشد. اما گرافین واقعی در این مورد اشکالی دارد که آن طرف سکه شگفت‌آور بودنش است؛ این ماده نوار ممنوعه ندارد.

نوار ممنوعه ماده معیاری برای انرژی مورد نیاز برای عبور الکترون از درون آن است. نوار ممنوعه باریک به‌معنی رسانا بودن ماده و نوار ممنوعه پهن به‌معنی نارسانا بودن است. البته نوار ممنوعه صفر گرافین که بسیار غیرعادی است، آن را به رسانایی بسیار خوب تبدیل می‌کند، اما برای اینکه ماده‌ای نیمه‌رسانا یعنی از نوع مواد سازنده ترانزیستورها باشد، باید نوار ممنوعه ویژه‌ای داشته باشد که بین دو نقطه حداکثری قرار دارد. یعنی نوار ممنوعه باید، نه خیلی باریک و نه خیلی پهن باشد. با استفاده از روش‌های گوناگون ترکیب، انواعی از گرافین تولید شده که از این خاصیت ویژه برخوردار هستند، اما ترانزیستورهایی که تاکنون با آنها ساخته شده‌اند به شرایط آزمایشگاهی محدود بوده‌اند.

البته مطالعه روی گرافین و هم‌ارزهایش تجربه بسیار زیادی را برای فناوریست‌ها در حوزه مواد دوبعدی به ارمغان آورده و حالا این تجربه می‌تواند در مورد نیترید بور بسیار مفید باشد. نیترید بور اگرچه به‌عنوان نیمه‌رسانا کاربردی ندارد، اما نوار ممنوعه‌اش آن‌قدر پهن است که آن را به عایقی بسیار خوب تبدیل می‌کند. در نتیجه دست‌کم روی کاغذ به ‌نظر می‌رسد ماده مناسبی برای حل مسئله نشت الکترون باشد.

یکی از شرکت‌هایی که قصد دارد ترانزیستورهای گرافینی توسعه دهد، سامسونگ، غول لوازم الکترونیکی کره جنوبی است. با این حال پژوهشگران این شرکت به نیترید بور هم بی‌توجه نبوده‌اند. یکی از این پژوهشگران به نام «هیون جین شین» (Hyeon-Jin Shin) در همکاری با «هیون سوک شین» (Hyeon Suk Shin) از مؤسسه ملی علوم و فناوری اولسان در کره جنوبی و «منیش چووالا» (Manish Chhowalla) از دانشگاه کمبریج بریتانیا به نوعی از نیترید بور لایه نازک رسیده‌ که دارای ساختار شش‌ضلعی عادی گرافین سفید نیست (و به همین دلیل «آمورف» خوانده می‌شود). خوشبختانه روش ساخت این ماده ممکن است استفاده از نیترید بور را در فرایند استاندارد ساخت تراشه امکان‌پذیر کند.


نتیجه‌ای شگفت‌انگیز


مواد لایه نازک معمولاً در فرایندی با عنوان «انباشت بخار شیمیایی» ساخته می‌شوند و نیترید بور آمورف در این مورد استثنا نیست. این روش همان‌طور که از نامش پیداست، شامل بخار کردن ماده مورد نظر یا مواد شیمیایی که با هم واکنش نشان می‌دهند تا آن ماده را بسازند و بعد انباشت نتیجه این عمل روی یک لایه می‌شود. در زمینه میکروالکترونیک، این لایه معمولاً ویفری از سیلیکون است.

به‌طور کلی در مورد مواد دو بعدی مثل گرافین و گرافین سفید، فرایند انباشت بخار شیمیایی باید در دمایی بالاتر از ۷۰۰ درجه سلسیوس انجام شود. این دما برای کارخانه‌های تولید تراشه موجود خیلی زیاد است، اما هیون جین شین می‌گوید در مورد نیترید بور آمورف لایه نازک می‌توان این دما را به ۴۰۰ درجه سلسیوس رساند. این دمای کمتر، امکان انباشت مستقیم مواد روی ویفرهای سیلیکونی و دیگر لایه‌ها را فراهم می‌کند و نیازی نیست کارخانه‌های چند میلیون دلاری تولید تراشه‌های کامپیوتری را به ابزار جدیدی مجهز کرد. هیون جین شین معتقد است این اتفاق باعث می‌شود نیترید بور آمورف خیلی سریع‌تر از سایر مواد دوبعدی برای ساخت تراشه تجاری شود.

لایه‌های آمورف جدید فقط کمی نازک‌تر از گرافین سفید استاندارد هستند. این لایه‌های سه نانومتری کاملاً در دامنه اندازه مورد نیاز برای قرار گرفتن در نسل بعدی قطعات هستند. این مواد همچنین از لحاظ دمایی، مکانیکی و الکتریکی پایدار هستند و پهنای نوار ممنوعه گرافین سفید و در نتیجه عایق‌بودنش را حفظ می‌کنند. اگر مناسب‌بودن‌شان برای کارخانه‌های موجود را هم در نظر بگیریم، دیگر آینده‌شان روشن خواهد بود. پس اگر بدشانسی نیاوریم، مخالفان قانون مور دوباره شکست خورده‌اند.

منبع اکونومیست ماهنامه عصر تراکنش شماره ۳۷
نویسنده / مترجم محمد رهبان

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.