Νανοτεχνολογία: Ερευνητές με χρήση καινοτόμου υλικού κατασκευάζουν το μικρότερο μέχρι σήμερα τρανζίστορ

Νανοτεχνολογία: Ερευνητές με χρήση καινοτόμου υλικού κατασκευάζουν το μικρότερο μέχρι σήμερα τρανζίστορ

Για περισσότερο από μια δεκαετία οι μηχανικοί έβλεπαν την τελική γραμμή στην κούρσα για τη συρρίκνωση του μεγέθους των συστατικών στοιχείων των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Γνώριζαν ότι οι νόμοι της φυσικής είχαν θέσει ένα κατώφλι των 5 νανομέτρων στο μέγεθος των πυλών των τρανζίστορ μεταξύ των συμβατικών ημιαγωγών, περίπου το ένα τέταρτο του μεγέθους μιας πύλης τρανζίστορ των 20 νανομέτρων.

Όμως κάποιοι νόμοι έγιναν για να σπάζουν ή τουλάχιστον να αμφισβητούνται. Η ομάδα των ερευνητών υπό την ηγεσία του Ali Javey(εικόνα), επιστήμονα στο Τμήμα Ενέργειας του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) έκανε ακριβώς αυτό δημιουργώντας ένα τρανζίστορ με μια λειτουργούσα πύλη του 1 νανομέτρου. Για λόγους σύγκρισης σημειώνεται ότι μια ανθρώπινη τρίχα είναι περίπου 50000 νανόμετρα λεπτή. «Επιδείξαμε ένα τρανζίστορ με πύλη 1 νανομέτρου, δείχνοντας ότι με επιλογή καθαρών υλικών υπάρχει πολύς χώρος για να συρρικνώσουμε να ηλεκτρονικά μας», είπε ο Javey.

Το κλειδί ήταν η χρήση νανοσωλήνων άνθρακα και διθειούχου μολυβδαίνιου (MoS2), ένα λιπαντικό μηχανής που συνήθως πωλείται στα καταστήματα με ανταλλακτικά αυτοκινήτου. Το διθειούχο μολυβδαίνιο είναι μέρος μιας οικογένειας υλικών με τεράστιες δυνατότητες για εφαρμογές σε LEDs, λέιζερ, τρανζίστορ σε επίπεδο νανοκλίμακας, ηλιακά κύτταρα και αλλού. Η ανάπτυξη αυτού του τρανζίστορ θα μπορούσε να είναι βασική για να κρατηθεί ζωντανή η πρόβλεψη του συνιδρυτή της Intel, Gordon Moore, ότι η πυκνότητα των τρανζίστορ στα ολοκληρωμένα κυκλώματα θα διπλασιάζεται κάθε δυο χρόνια, επιτρέποντας την αύξηση της απόδοσης των λάπτοπ, των κινητών τηλεφώνων, των τηλεοράσεων και άλλων ηλεκτρονικών συσκευών.


Σχηματική παρουσίαση ενός τρανζίστορ με ένα κανάλι διθειούχου μολυβδαινίου και μια πύλη από νανοσωλήνα άνθρακα 1 νανομέτρου (Credit: Sujay Desai/UC Berkeley)


Όταν τα ηλεκτρόνια είναι εκτός ελέγχου

Γενικά τα τρανζίστορ ή κρυσταλλοτρίοδος, επί το ελληνικότερον, συνίσταται από τρεις ακροδέκτες. Αυτοί στα κοινά τρανζίστορ ονομάζονται βάση, συλλέκτης και εκπομπός, ενώ στα Τρανζίστορ Επίδρασης Πεδίου (Field Effect Transistor ή FET) οι ακροδέκτες ονομάζονται πύλη, πηγή και απαγωγός. Στα FET η λειτουργία βασίζεται στον έλεγχο ενός εσωτερικού ηλεκτρικού πεδίου με την εφαρμογή εξωτερικού δυναμικού στον ακροδέκτη που ονομάζεται πύλη. Το πεδίο αυτό ελέγχει την αγωγιμότητα μεταξύ των άλλων δυο ακδροδεκτών, της πηγής και του απαγωγού.

Τόσο το πυρίτιο, όσο και το διθειούχο μολυβδαίνιο έχουν δομή κρυσταλλικού πλέγματος, αλλά τα ηλεκτρόνια που ρέουν μέσω του πυριτίου είναι ελαφρύτερα και συναντούν μικρότερη αντίσταση σε σύγκριση με το διθειούχο μολυβδαίνιο. Αυτό είναι πολύ καλό όταν η πύλη είναι 5 νανόμετρα ή μεγαλύτερη. Αλλά κάτω από αυτό το μήκος, ένα κβαντομηχανικό φαινόμενο κάνει την εμφάνισή του και το φράγμα της πύλης δεν είναι ικανό να κρατήσει τα ηλεκτρόνια από το να περάσουν από την πηγή στον απαγωγό. «Αυτό σημαίνει ότι δεν μπορούμε να κλείσουμε τα τρανζίστορ και τα ηλεκτρόνια είναι εκτός ελέγχου», αναφέρεται από τους επιστήμονες.

Επειδή τα ηλεκτρόνια ρέοντας μέσω του διθειούχου μολυβδαίνιου είναι βαρύτερα, η ροή τους μπορεί να ελεγχθεί με μικρότερα μήκη πύλης. Το διθειούχο μολυβδαίνιο μπορεί επίσης να κλιμακωθεί προς τα κάτω σε λεπτά φύλλα ατομικού επιπέδου, περίπου 0,65 νανόμετρα λεπτά, με χαμηλότερη διηλεκτρική σταθερά, ένα μέτρο που μετράει την ικανότητα ενός υλικού να αποθηκεύει ενέργεια σε ένα ηλεκτρικό πεδίο. Και οι δυο αυτές ιδιότητες, επιπροσθέτως με την μάζα του ηλεκτρονίου, βοηθούν να βελτιωθεί ο έλεγχος του ρεύματος μέσα στο τρανζίστορ όταν το μήκος της πύλης μειώνεται στο 1 νανόμετρο.

Στην κλίμακα αυτή οι συμβατικές λιθογραφικές τεχνικές που χρησιμοποιούνται για την εκτύπωση των κυκλωμάτων δεν λειτουργούν σωστά και έτσι οι ερευνητές στράφηκαν στους νανοσωλήνες άνθρακα, κούφιοι κυλινδρικοί σωλήνες με διάμετρο τόσο μικρή όσο 1 νανόμετρο.

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ

ΣΧΕΤΙΚΑ ΑΡΘΡΑ

Η τεχνολογία πρωταγωνιστής στον 9ο κύκλο  του προγράμματος World of Difference του Ιδρύματος Vodafone

Η τεχνολογία πρωταγωνιστής στον 9ο κύκλο του...

Δήλωσε συμμετοχή και πήγαινε τον κόσμο μπροστά με την...

Η Vodafone Ελλάδας αναλαμβάνει την αξιοποίηση των δικτύων οπτικών ινών πέντε βιομηχανικών περιοχών της Ελλάδας

Η Vodafone Ελλάδας αναλαμβάνει την αξιοποίηση των δικτύων...

 H Vodafone Ελλάδας ανακοινώνει ότι προχώρησε σε εμπορική...

Η Ομάδα Ready της Vodafone φέρνει την τεχνολογία πιο κοντά σε όλους μέσα από μια μοναδική εμπειρία εξυπηρέτησής

Η Ομάδα Ready της Vodafone φέρνει την τεχνολογία πιο κοντά σε...

Με νέες υπηρεσίες και σύγχρονες ψηφιακές καινοτομίες, ...

Το Ίδρυμα Vodafone στέλνει τους νικητές του προγράμματος STEMpowering Youth στο CERN

Το Ίδρυμα Vodafone στέλνει τους νικητές του προγράμματος...

O 2ος χρόνος μαθημάτων του Προγράμματος STEMpowering Youth...

Στη Σουηδία έσβησαν τις φωτιές με... βόμβες!! -Δείτε το βίντεο

Στη Σουηδία έσβησαν τις φωτιές με... βόμβες!! -Δείτε το...

Οι μεγάλες φωτιές στη Σουηδία δεν σταμάτησαν και έτσι...

Μηχανικοί επινόησαν σακούλες που διαλύονται στο νερό και δε ρυπαίνουν - Δείτε το βίντεο

Μηχανικοί επινόησαν σακούλες που διαλύονται στο νερό...

Το μυστικό τους είναι η αντικατάσταση του πετρελαίου...

Η Vodafone στέκεται κοντά σε όλους τους συνδρομητές Vodafone και Cyta,   στις πληγείσες   περιοχές από την πυρκαγιά

Η Vodafone στέκεται κοντά σε όλους τους συνδρομητές Vodafone...

Η Vodafone στηρίζει έμπρακτα όλους τους συνδρομητές της...

Η Vodafone και η Samsung Electronics Hellas δημιούργησαν    το πρώτο Virtual Reality κατάστημα στην Ελλάδα

Η Vodafone και η Samsung Electronics Hellas δημιούργησαν το πρώτο Virtual...

Η Vodafone Ελλάδας και η Samsung Electronics Hellas δημιούργησαν το...

ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΟΙ ΤΙΤΛΟΙ ΣΧΕΤΙΚΩΝ ΑΡΘΡΩΝ

ΤΕΛΕΥΤΑΙΑ # ΝΕΑ

Σχετικά άρθρα

Δήλωσε συμμετοχή και πήγαινε τον κόσμο μπροστά με την τεχνολογία!Το Ίδρυμα Vodafone ανακοινώνει την έναρξη του 9ου κύκλου του προγράμματος World of Difference. Το πρόγραμμα υλοποιείται με συνέπεια και συνέχεια από το...

 H Vodafone Ελλάδας ανακοινώνει ότι προχώρησε σε εμπορική συμφωνία με την εταιρεία ΕΤΒΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ με αντικείμενο την αξιοποίηση, εκμετάλλευση, διαχείριση, αναβάθμιση και συντήρηση των δικτύων...

Με νέες υπηρεσίες και σύγχρονες ψηφιακές καινοτομίες, όπως το Augmented Reality, που φέρνουν μία νέα εποχή στην εξυπηρέτηση του πελάτη, η ομάδα Ready της Vodafone ενισχύεται και υποστηρίζει τους καταναλωτές, όπου και αν...

O 2ος χρόνος μαθημάτων του Προγράμματος STEMpowering Youth ολοκληρώθηκε με την κατασκευή τριών μαθητών της Λέρου να κερδίζει την πρώτη θέση και μαζί το εισιτήριο για ένα ταξίδι στο ερευνητικό κέντρο CERN της Ελβετίας....