پژوهشگران مؤسسه علوم صنعتی دانشگاه توکیو (IIS) موفق به توسعه ترانزیستورهای بدون سیلیکون کوچکی شدند که برخلاف نمونههای رایج، بهجای سیلیکون از ترکیب جدیدی بر پایه اکسید ایندیوم و گالیم ساخته شدهاند.
به گزارش تکناک، ترانزیستورها از اجزای اساسی تمامی تجهیزات الکترونیکی مدرن، از گوشیهای هوشمند گرفته تا خودروها و هواپیماها به حساب میآیند. تاکنون بیشتر آنها بر پایه سیلیکون طراحی میشدند، اما با افزایش نیاز به کوچکسازی و بهبود عملکرد، محدودیتهای سیلیکون نیز آشکار شده است.
پژوهشگران IIS با هدف افزایش بهرهوری و مقیاسپذیری ترانزیستورها، طراحی جدیدی با نام «دروازه کاملاً احاطهکننده» (Gate-All-Around) ارائه کردند. در این طراحی، بخش کنترلی ترانزیستور به طور کامل اطراف کانال عبور جریان را فرا میگیرد. این رویکرد، نسبت به طراحیهای سنتی، کنترل دقیقتری بر جریان الکتریکی فراهم میکند.
دکتر «آنلان چن»، یکی از اعضای تیم پژوهش گفت: «با احاطه کامل دروازه به دور کانال، میتوانیم کارایی ترانزیستور و امکان کوچکسازی آن را به شکل قابل توجهی افزایش دهیم.»
تیم تحقیقاتی برای ساخت این ترانزیستورهای بدون سیلیکون، از ماده اکسید ایندیوم استفاده کرد؛ اما این ماده به دلیل نقصهای ساختاری ناشی از کمبود اکسیژن، پایداری لازم را نداشت. در نتیجه، پژوهشگران با افزودن گالیم به ترکیب، این نقصها را برطرف کردند. آنها از فناوری رسوبدهی لایهای اتمی بهره بردند تا لایههایی بسیار نازک از اکسید ایندیوم-گالیم (InGaOx) را روی ناحیه کانال اعمال کنند. سپس با حرارت دادن این لایهها، ساختاری بلوری ایجاد شد، که حرکت الکترونها را تسهیل میکرد.
نتیجه این فرایند، توسعه یک ترانزیستور اثر میدان اکسیدی (MOSFET) با طراحی دروازه کاملاً احاطهکننده بود. این ترانزیستور توانست رسانایی الکترونی بالایی معادل ۴۴.۵ سانتیمتر مربع بر ولت-ثانیه ثبت کند. همچنین آزمایشها نشان دادند که این دستگاه تحت فشار عملیاتی به مدت تقریباً سه ساعت عملکرد پایداری داشته است.
این دستاورد نه تنها نشاندهنده عملکرد بالای این ترانزیستورهای بدون سیلیکون نسبت به نمونههای پیشین است، بلکه راه را برای ساخت قطعات الکترونیکی با چگالی بالا و قابلیت اطمینان بیشتر باز میکند. چنین فناوریهایی میتوانند نقشی کلیدی در توسعه سیستمهای پردازش هوش مصنوعی، کلانداده و تجهیزات الکترونیکی فوق کوچک ایفا کنند.
بنا بر اعلام تیم پژوهشی، این دستاورد اثبات میکند که طراحیهای نوین مواد میتوانند راهحلی برای عبور از محدودیتهای تاریخی سیلیکون فراهم کنند.
نتایج کامل این تحقیق در «سمپوزیوم سالانه فناوری و مدارهای VLSI ۲۰۲۵» ارائه شده و توجه بسیاری از فعالان حوزه فناوری را به خود جلب کرده است.
