ترانزستور نفقي يتجاوز أحد حدود خفض استهلاك الرقائق
استخدم باحثون طبقات رقيقة من البزموت وسيلينيد الإنديوم لصنع ترانزستور نفقي يعمل ضمن مجال بوابة قدره 160 ملي فولت في درجة حرارة الغرفة. تعالج النتيجة ضعفا قديما في تيار التشغيل، لكنها لم تُختبر بعد داخل رقاقة متكاملة أو خط إنتاج.
نجح ترانزستور تجريبي مصنوع من طبقات شديدة الرقة من البزموت وسيلينيد الإنديوم في العمل ضمن مجال بوابة لا يتجاوز 160 ملي فولت في درجة حرارة الغرفة. وتعالج النتيجة مشكلة لازمت الترانزستورات النفقية: خفض جهد التبديل من دون إضعاف التيار إلى حد يمنع تشغيل الدوائر التالية.
الخلاصة في 30 ثانية
- ماذا حدث؟ صنع الباحثون ترانزستور تأثير مجال نفقي يتجاوز الحد الحراري المعتاد للتبديل، مع الحفاظ على تيار خرج أعلى من كثير من التصاميم السابقة.
- لماذا يهم؟ قد يقلل التبديل عند جهد منخفض الطاقة المهدرة عندما تغيّر مليارات الترانزستورات حالتها.
- ما الذي لم يُثبت؟ التجربة تخص جهازا منفردا في المختبر، ولا تعرض معالجا كاملا أو إنتاجا واسع النطاق أو وفرا مقاسا في استهلاك رقاقة عاملة.
الرقم الأهم: احتاج الجهاز إلى مجال بوابة قدره 160 ملي فولت، مقابل 800 ملي فولت في المقارنة التي استخدمها الباحثون مع الترانزستورات المتقدمة التقليدية.
لماذا يصعب خفض جهد الترانزستور التقليدي؟
تعتمد ترانزستورات أكسيد الفلز وأشباه الموصلات على منح حاملات الشحنة طاقة تكفي لعبور حاجز. وتفرض هذه العملية الحرارية عند درجة حرارة الغرفة حدا يقارب 60 ملي فولت لكل عقد على الانحدار دون العتبة، وهو مقياس لسرعة ارتفاع التيار مع تغير جهد البوابة.
يستبدل البحث المنشور في Science عبور الحاجز بالنفق الكمي بين نطاقات الطاقة. تمر الإلكترونات عبر الحاجز، ما يسمح بتغير أشد حدة في التيار والعمل نظريا عند جهد أقل.
طبقتان رقيقتان تصنعان مسار النفق
رسّب الفريق طبقات متبادلة ثنائية الأبعاد من البزموت وسيلينيد الإنديوم فوق ركائز سيليكون بحجم سنتيمترات. وعندما يصبح البزموت شديد الرقة تتغير خصائصه الإلكترونية، فتتشكل محاذاة مناسبة تسمح بانتقال حاملات الشحنة بكفاءة إلى سيلينيد الإنديوم.
تفيد جامعة هونغ كونغ للفنون التطبيقية بأن الجهاز حافظ على انحدار أقل من 60 ملي فولت عبر ست مراتب من تغير التيار. وسجل البحث تيار I60 يقارب 10 ميكروأمبير لكل ميكرومتر، ونسبة بين حالتي التشغيل والإيقاف تتجاوز عشرة ملايين، ما يعالج ضعف تيار التشغيل في تجارب سابقة.
لماذا لا يحل محل كل الترانزستورات؟
تناولت نيوتقنية حديثا ترانزستورا من نتريد الغاليوم لتحمل الجهد العالي. أما الجهاز الجديد فيستهدف الجهة الأخرى من المشكلة، أي خفض جهد التحكم في دوائر المنطق الكثيفة. كما عرض بحث سابق ترانزستورا ثنائي الأبعاد يجمع الحساب والذاكرة. تختلف الحلول لأن متطلبات القدرة والذاكرة والمنطق ليست واحدة.
قبل أن نبالغ في النتيجة
لا تثبت التجربة أن المعالج سيستهلك خُمس الطاقة. لم يختبر الباحثون دائرة منطقية معقدة أو نسبة نجاح التصنيع على نطاق كبير أو العمر التشغيلي أو الطاقة الكلية لكل عملية تبديل. كما صُنعت الواجهات النظيفة في ظروف دقيقة، ولذلك لا تكفي قابلية وضعها على السيليكون لإثبات أن الإنتاج التجاري سيكون سهلا أو رخيصا.
ما الخطوة التالية؟
يحتاج الفريق إلى دمج أعداد كبيرة من الأجهزة في دائرة، ثم قياس السرعة والتسرب والموثوقية والطاقة تحت أحمال واقعية. إذا بقي الأداء متسقا عند تصغير الأبعاد وزيادة العدد، فقد تجد التقنية مكانا في دوائر منطقية متخصصة منخفضة الاستهلاك. أما حاليا، فالنتيجة تقدم لبنة واعدة وليست رقاقة ذكاء اصطناعي جاهزة.
كيانات وموضوعات موثّقة
المصادر والمراجع4 مصادر
المراجع الخارجية المستخدمة لدعم المعلومات الواردة في هذا المقال.
نشر بواسطة
مكتب نيو تقنية – العلوم
فريق تحريري مؤسسي تابع لنيو تقنية
