پژوهشگران با آلیاژ ژرمانیم-قلع، ترانزیستور جدیدی توسعه دادند

دانشمندان در مرکز Forschungszentrum Jülich آلمان نوع جدیدی ترانزیستور از آلیاژ ژرمانیم-قلع ساخته‌اند که چندین مزیت نسبت به ترانزیستورهای کنونی دارد. در این ماده حامل‌های شارژ می‌توانند سریع‌تر از سیلیکون یا ژرمانیم حرکت کنند که امکان کار در ولتاژ پایین‌تر را فراهم می‌کند. بنابراین این ترانزیستور می‌تواند برای تراشه‌های کم‌مصرف با عملکرد بالا یا حتی کامپیوترهای کوانتومی مناسب باشد.

طبق قانون مور، در بیش از 70 سال گذشته تعداد ترانزیستورها روی تراشه‌ها تقریباً هر دو سال یک‌بار، دو برابر شده است، بااین‌حال طبق بسیاری از پیش‌بینی‌ها، قانون مور در آینده نزدیک دیگر صادق نخواهد بود.

به گفته دانشمندان Forschungszentrum Jülich، درحال‌حاضر با لیتوگرافی 2 تا 3 نانومتری روبه‌رو هستیم که تقریباً معادل قطر 10 اتم است و نمی‌توانیم به سراغ لیتوگرافی کوچک‌تر برویم. به همین دلیل دانشمندان روی مواد دیگری برای ساخت ترانزیستور کار می‌کنند تا جایگزین سیلیکون شود.

ساخت ترانزیستور با آلیاژ ژرمانیم-قلع

پژوهشگران در مطالعه جدید روی ژرمانیم تمرکز کردند؛ ماده‌ای که در روزهای اولیه دوران کامپیوتر مورد استفاده قرار می‌گرفت. الکترون‌ها در ژرمانیم بسیار سریع‌تر از سیلیکون حرکت می‌کنند، حداقل از نظر تئوری. دانشمندان برای بهبود عملکرد آن، به سراغ اتم‌های قلع رفتند. طبق ادعای دانشمندان، سیستم ژرمانیم-قلع توسعه‌یافته توسط آن‌ها، می‌تواند بر محدودیت‌های فیزیکی فناوری سیلیکون غلبه کند.

در آزمایش‌ها، تحرک الکترون‌ها در ترانزیستور ژرمانیم-قلع، 2.5 برابر بیشتر از ترانزیستور ساخته‌شده از ژرمانیم بود. یکی دیگر از مزیت‌های آلیاژ جدید، سازگاری با فرایند CMOS موجود برای ساخت تراشه است. ژرمانیم و قلع از همان گروه اصلی جدول تناوبی سیلیکون می‌آیند، بنابراین ترانزیستورهای ژرمانیم-قلع می‌توانند به‌صورت مستقیم درون تراشه‌های سیلیکونی معمولی با حطوط تولید کنونی ادغام شوند.

علاوه بر کامپیوترهای معمولی، کامپیوترهای کوانتومی هم می‌توانند از ترانزیستورهای ژرمانیم-قلع استفاده کنند. برای مدتی دانشمندان به‌دنبال ادغام مستقیم بخش‌هایی از کنترل‌کننده الکترون‌ها درون تراشه‌های کوانتومی بودند؛ تراشه‌هایی که درون کامپیوترهای کوانتومی در دمایی نزدیک به صفر مطلق کار می‌کنند. حالا طبق اندازه‌گیری‌ها، ترانزیستورهای ساخته‌شده از ژرمانیم-قلع، در این شرایط عملکرد بسیار بهتری نسبت به سیلیکون دارند.

نتیجه کار محققان در ژورنال Communications Engineering منتشر شده است.