طراحی بی‌سابقه ترانزیستور نوع مثبت با همکاری محققان ایرانی

محققان آزمایشگاه فناوری ریزسیستم‌های مؤسسه فناوری ماساچوست با همکاری دو محقق ایرانی در یک طرح جدید که می‌تواند اجزای ابتدایی تراشه‌های رایانه‌ای را دچار تحول کند، توانستند یک ترانزیستور نوع مثبت را با بالاترین میزان پویایی حامل که تا کنون اندازه‌گیری شده، طراحی کنند.

به گزارش راسخون به نقل از ایسنا، تقریبا تمام تراشه‌های رایانه‌ای از دو نوع ترانزیستور نوع مثبت (P) یا نوع منفی (N) استفاده می‌کنند که ارتقای عملکرد تراشه در حالت کلی نیازمند ارتقای موازی هر دو نوع است.

دستگاه تولید شده توسط جیمز تهرانی و پویا هاشمی به همراه همکارانشان در موسسه فناوری ماساچوست دوبرابر سریعتر از ترازیستورهای نوع مثبت تجربی قبلی و تقریبا چهار برابر سریعتر از بهترین نمونه‌های موجود در بازار است.

مانند دیگر ترانزیستورهای تجربی عملکرد بالا، این دستگاه جدید سرعت خود را از استفاده از یک ماده غیر سیلیکونی موسوم به ژرمانیوم تامین می‌کند. آلیاژهای ژرمانیوم در حال حاضر در تراشه‌های تجاری وجود داشته از این رو ادغام ترانزیستورهای ژرمانیومی به فرآیندهای کنونی ساخت تراشه نسبت به ترانزیستورهای ساخته شده از مواد عجیب‌تر ساده‌تر است.
این ترازیستور جدید همچنین نشان‌دهنده یک طراحی سه درگاه بوده که می‌تواند برخی از مشکلات پیش روی مدارهای رایانه آسیب‌دیده در اندازه های بسیار کوچک را حل کند. به همین دلایل، دستگاه جدید یک راه امیدوارکننده روبجلو را برای صنعت ریزتراشه ارائه کرده که می‌تواند به تقویت افزایش سرعت در قدرت محاسبه موسوم به «قانون مور» کمک کند.

یک ترانزیستور در کل یک کلید است. در یک حالت به جریان ذرات باردار اجازه ورود داده و در حالت دیگر نمی‌دهد. در یک ترازیستور نوع منفی، ذرات یا حاملهای باردار، الکترونها هستند و جریان آنها باعث تولید یک بار الکتریکی عادی می‌شود.

از سوی دیگر در یک ترانزیستور نوع مثبت، حاملهای بار در حقیقت چاله‌های باردار مثبت هستند. یک نیمه‌رسانای نوع مثبت از الکترون کافی برای تعادل با ذرات مثبت اتمهای خود برخوردار نیست. با حرکت رو به عقب و جلوی الکترونها در میان اتمها، چاله‌ها برای برقراری تعادل الکتریکی در میان آنها مانند انتشار موجها در میان مولکولهای آب، از میان نیمه‌رسانا عبور می‌کنند.

پویایی حامل میزان سرعت حاملهای بار را در زمان وجود یک میدان الکتریکی اندازه‌گیری می‌کند. پویایی افزایش یافته می‌تواند به شکل سرعت بالاتر تغییر ترانزیستور در یک ولتاژ ثابت یا ولتاژ پایین‌تر برای یک سرعت تغییر واحد تعبیر شود.

این محققان به این پویایی چاله بی‌سابقه خود با فشار آوردن بر ژرمانیوم در ترانزیستور خود دست یافتند که اتمهای آنرا از حالت عادی به هم نزدیکتر می کرد. آنها برای انجام این کار، ژرمانیوم را در بالای چند لایه مختلف سیلیکون و ترکیب سیلیکون و ژرمانیوم پرورش دادند. اتمهای ژرمانیوم بطور ذاتی در کنار اتمهای لایه زیرین خود تنظیم شده که آنها را بطور فشرده در کنار هم قرار می‌دهد.

تهرانی اظهار کرد: ما بویژه توانسته‌ایم در پرورش این لایه‌های با کشش بالا و کشیده نگه داشتن بدون نقص آنها موفق عمل کنیم.

این پژوهش در نشست دستگاه های الکترونی بین‌المللی موسسه مهندسان برق و الکترونیک ارائه شده است.

منبع:راسخون