Μια νέα σελίδα στην εξέλιξη των ηλεκτρονικών διατάξεων φαίνεται πως ανοίγουν Ιάπωνες ερευνητές, παρουσιάζοντας ένα καινοτόμο τρανζίστορ από υλικό που δεν βασίζεται στο πυρίτιο αλλά σε ένα κράμα οξειδίου ινδίου εμπλουτισμένο με γάλλιο (InGaOx). Το στοιχείο-κλειδί της κατασκευής τους είναι η αρχιτεκτονική “gate-all-around”, μια δομή που περιβάλλει πλήρως το κανάλι του τρανζίστορ, ενισχύοντας την αποδοτικότητα και τη σταθερότητα της λειτουργίας.
Τα τρανζίστορ, που θεωρούνται από τις σπουδαιότερες εφευρέσεις του 20ού αιώνα, αποτελούν την καρδιά των σύγχρονων ηλεκτρονικών. Ωστόσο, καθώς τα συστήματα μικραίνουν όλο και περισσότερο, τα όρια των παραδοσιακών τρανζίστορ από πυρίτιο γίνονται πιο αισθητά. Το ερώτημα που τίθεται είναι αν έχουμε φτάσει πλέον στο τέλος της δυνατότητας περαιτέρω σμίκρυνσης αυτών των βασικών εξαρτημάτων.
Στην προσπάθεια να ξεπεράσουν αυτό το τεχνολογικό εμπόδιο, ερευνητές από το Institute of Industrial Science του University of Tokyo αποφάσισαν να εξερευνήσουν νέες κατευθύνσεις. Η εργασία τους, που θα παρουσιαστεί στο ετήσιο συνέδριο VLSI Technology and Circuits, επικεντρώνεται στη χρήση ενός εναλλακτικού ημιαγωγού υλικού, του InGaOx. Πρόκειται για ένα οξείδιο με κρυσταλλική δομή, ιδανικό για τη μετακίνηση ηλεκτρονίων με μεγαλύτερη ευκολία.
Ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, Anlan Chen, εξηγεί ότι στόχος της ομάδας ήταν η υλοποίηση μιας διάταξης όπου η πύλη, δηλαδή το τμήμα που ενεργοποιεί ή απενεργοποιεί τη ροή του ρεύματος, αγκαλιάζει εξολοκλήρου το κανάλι του τρανζίστορ. «Με αυτή τη γεωμετρία μπορούμε να πετύχουμε σημαντική βελτίωση στην ενεργειακή απόδοση και την κλιμάκωση της τεχνολογίας, σε σχέση με τις παραδοσιακές σχεδιάσεις».
Για να κατασκευάσουν το νέο τρανζίστορ, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τεχνικές ατομικής εναπόθεσης, δημιουργώντας ένα λεπτό φιλμ InGaOx στο κανάλι του τρανζίστορ, στρώση προς στρώση. Ακολούθησε θερμική επεξεργασία, ώστε το υλικό να αποκτήσει την απαραίτητη κρυσταλλική μορφή για την ομαλή μετακίνηση των ηλεκτρονίων. Έτσι, κατόρθωσαν να κατασκευάσουν έναν τύπο MOSFET (τρανζίστορ πεδίου με πύλη μεταλλικού οξειδίου) με τη δομή gate-all-around.
Η επιλογή του γαλλίου ως πρόσμιξη στο οξείδιο του ινδίου αποδείχθηκε καθοριστική. Όπως αναφέρει ο Masaharu Kobayashi, ανώτερος ερευνητής της ομάδας, το καθαρό οξείδιο του ινδίου εμφανίζει ελαττώματα που ευνοούν τη διάχυση φορέων και περιορίζουν τη σταθερότητα της συσκευής. Με την προσθήκη γαλλίου, αυτά τα ελαττώματα μειώνονται αισθητά, ενισχύοντας τη συνολική αξιοπιστία.
Το αποτέλεσμα αυτής της καινοτόμου προσπάθειας είναι ένα τρανζίστορ υψηλής κινητικότητας, που φτάνει τα 44,5 cm²/Vs, και διατηρεί σταθερή λειτουργία για σχεδόν τρεις ώρες υπό συνεχή ηλεκτρική καταπόνηση, απόδοση που υπερβαίνει αυτή παρόμοιων συσκευών που έχουν παρουσιαστεί στο παρελθόν.
Η ερευνητική ομάδα πέτυχε έναν σημαντικό συνδυασμό: καινοτομία τόσο στο επίπεδο των υλικών όσο και στη δομή του τρανζίστορ. Το αποτέλεσμα είναι μια πολλά υποσχόμενη πρόταση για το μέλλον των ηλεκτρονικών υψηλής πυκνότητας, ιδανική για εφαρμογές που απαιτούν ισχυρή υπολογιστική ισχύ, όπως η τεχνητή νοημοσύνη και η ανάλυση μεγάλων δεδομένων.
Αν και πρόκειται για μια συσκευή με διαστάσεις μικροσκοπικές, οι δυνατότητές της είναι τεράστιες και ενδέχεται να διαδραματίσουν καθοριστικό ρόλο στη λειτουργία της τεχνολογίας του αύριο.
[via]
