जर्मेनियम ट्रांजिस्टर में सिलिकॉन की जगह ले सकता है और उन्हें एक नए स्तर पर ले जा सकता है

अवधारणा की संचालन क्षमता का प्रदर्शन करने के लिए, लेखक और टीम ने जर्मेनियम से एक इंसुलेटर पर सब प्लानर ट्रांजिस्टर और फिर FinFET ट्रांजिस्टर युक्त इनवर्टर बनाया।

लगभग 70 साल पहले, बेल टेलीफोन प्रयोगशाला के दो भौतिकविदों - जॉन बेर्डिन और वाल्टर ब्रेटन [जॉन बारडीन और जॉन। वाल्टर ब्रेटन] - एक जर्मेनियम प्लेट में सोने के दो पतले संपर्कों को दबाया, और प्लेट के नीचे से तीसरा संपर्क बनाया। इस संरचना से गुजरने वाले वर्तमान का उपयोग कमजोर सिग्नल को मजबूत में बदलने के लिए किया जा सकता है। नतीजतन, पहला ट्रांजिस्टर दिखाई दिया - एक एम्पलीफायर और एक स्विच, जो, शायद, 20 वीं शताब्दी का सबसे बड़ा आविष्कार बन गया। मूर के कानून के लिए धन्यवाद, ट्रांजिस्टर ने 1950 के दशक में जो कुछ भी संभव हो उससे परे कंप्यूटरों को विकसित किया।

ट्रांजिस्टर के प्रारंभिक इतिहास में जर्मेनियम की तारों की भूमिका के बावजूद, इसे जल्द ही सिलिकॉन द्वारा बदल दिया गया था। लेकिन अब, आश्चर्यजनक रूप से, यह सामग्री वापस आने के लिए तैयार है। चिप निर्माण में अग्रणी ट्रांजिस्टर के दिल में घटकों के प्रतिस्थापन को संचालित कर रहे हैं, प्रवाहकीय चैनल। विचार सिलिकॉन को एक ऐसी सामग्री से बदलना है जो वर्तमान को बेहतर ढंग से संचालित कर सके। इन चैनलों के साथ ट्रांजिस्टर बनाने से इंजीनियरों को गति और ऊर्जा दक्षता के लिए सर्किट के प्रदर्शन में सुधार जारी रखने में मदद मिल सकती है, जिसका अर्थ होगा आने वाले वर्षों में बेहतर कंप्यूटर, स्मार्टफोन और कई अन्य गैजेट्स की उपस्थिति।

लंबे समय के लिए, वैकल्पिक चैनलों में रुचि ए ^III बी ^{वी के} आसपास घूमती है , जैसे गैलियम आर्सेनाइड, आवर्त सारणी में सिलिकॉन के बाईं और दाईं ओर स्थित परमाणुओं से मिलकर। और मैंने उस अध्ययन में भाग लिया। आठ साल पहले, मैंने इस पत्रिका के लिए एक लेख लिखा था , जिसमें इस तरह के कनेक्शन पर ट्रांजिस्टर के निर्माण में हुई प्रगति को रेखांकित किया गया था।


FinFET- आधारित इन्वर्टर में दो ट्रांजिस्टर में फिन चैनल होते हैं जो सब्सट्रेट प्लेन (सबसे ऊपर गुलाबी चैनल और नीचे एक और सेट के एक बेजल व्यू) से बाहर खड़े होते हैं। ऊपर पंखों के बीच की दूरी दसियों नैनोमीटर है।

लेकिन परिणामस्वरूप, हमने पाया कि ए ^III बी ^{वी के} साथ दृष्टिकोणमौलिक भौतिक सीमाएँ हैं। और यह भी, सबसे अधिक संभावना है, यह मौजूदा सिलिकॉन तकनीक के साथ एकीकृत करने के लिए बहुत महंगा और जटिल होगा। इसलिए कुछ साल पहले, पर्ड्यू विश्वविद्यालय में मेरी टीम ने एक अन्य उपकरण के साथ प्रयोग करना शुरू किया: एक ट्रांजिस्टर जिसका चैनल जर्मनी से बना है। तब से, हमने CMOS (पूरक धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक) [CMOS, पूरक धातु-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर] की पहली आकृति का प्रदर्शन किया है। उसी तर्क के बारे में जो आधुनिक कंप्यूटरों के अंदर है, केवल जर्मेनियम से बनाया गया है जो साधारण सिलिकॉन सब्सट्रेट पर उगाया जाता है। हमने इस सामग्री से कई अलग-अलग ट्रांजिस्टर आर्किटेक्चर भी बनाए हैं। इनमें नैनोवायर डिवाइस शामिल हैं जो आज का सबसे अच्छा ट्रांजिस्टर, FinFET, जब अगला उत्पादन कदम हो सकता है।इसे अब और कम करना संभव नहीं होगा।

और इससे भी दिलचस्प बात यह है कि यह पता चलता है कि जर्मेनियम को काम पर लौटना उतना मुश्किल नहीं है जितना लगता है। चैनल में सिलिकॉन और जर्मेनियम के संयोजन का उपयोग करने वाले ट्रांजिस्टर पहले से ही नए चिप्स में पाए जा सकते हैं, और वे पहली बार 2015 में आईबीएम से भविष्य के चिप निर्माण प्रौद्योगिकियों के प्रदर्शन में दिखाई दिए। ये उद्योग जर्मनी में चैनलों में जर्मनी के बड़े शेयरों को शामिल करने की मांग करने वाला पहला कदम हो सकता है। कुछ वर्षों के बाद, हम इस तथ्य का सामना कर सकते हैं कि जिस सामग्री ने हमें ट्रांजिस्टर दिए हैं, उन्हें उत्कृष्ट प्रदर्शन के अगले युग में स्थानांतरित करने में मदद मिली।

19 वीं शताब्दी के अंत में जर्मन रसायनशास्त्री क्लेमेंस विंकलर द्वारा जर्मेनियम को सबसे पहले अलग और खोजा गया था। इस सामग्री का नाम वैज्ञानिक की मातृभूमि के नाम पर रखा गया था, और इसे हमेशा खराब संचालन माना जाता है। द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान यह बदल गया था, जब जर्मेनियम के अर्धचालक गुणों की खोज की गई थी - अर्थात्, वर्तमान को संचालित करने और अवरुद्ध करने के बीच स्विच करने की क्षमता। बाद के वर्षों में जर्मनी में अर्धचालक उपकरणों का तेजी से विकास हुआ। संयुक्त राज्य अमेरिका में, उत्पादन, बाजार की मांगों पर प्रतिक्रिया, 1946 में कुछ सौ पाउंड से बढ़कर 1960 तक 45 टन हो गया। लेकिन सिलिकॉन जीत गया; यह तर्क और मेमोरी चिप्स के लिए एक लोकप्रिय सामग्री बन गया है।

और सिलिकॉन के प्रभुत्व के लिए, अच्छे कारण हैं। सबसे पहले, यह अधिक और सस्ता है। सिलिकॉन में एक व्यापक बैंड गैप है, एक ऊर्जा अवरोधक जिसे चालकता बनाने के लिए दूर किया जाना चाहिए। यह क्षेत्र जितना बड़ा होता है, उतना ही मुश्किल होता है कि करंट के जरिए अनावश्यक क्षण और बेकार ऊर्जा में डिवाइस के माध्यम से रिसाव होता है। एक बोनस के रूप में, सिलिकॉन में बेहतर तापीय चालकता थी, जिससे गर्मी को दूर करना आसान हो जाता था ताकि सर्किट ज़्यादा गरम न हो।

सभी लाभों को देखते हुए, इसमें रुचि होना स्वाभाविक है - हम जर्मनी को चैनल में वापस करने के बारे में क्यों सोचेंगे। जवाब है गतिशीलता। जर्मनी में कमरे के तापमान पर इलेक्ट्रॉन सिलिकॉन की तुलना में लगभग तीन गुना अधिक आसानी से चलते हैं। और छेद - सामग्री में एक इलेक्ट्रॉन की अनुपस्थिति, एक सकारात्मक चार्ज के रूप में माना जाता है - लगभग चार गुना अधिक स्वेच्छा से चलता है।


2015 में शुरू की गई नौ चरणों वाली रिंग CMOS ऑसिलेटर,

तथ्य यह है कि जर्मनी में इलेक्ट्रॉन और छेद इतने मोबाइल हैं कि यह CMOS सर्किट के लिए एक सुविधाजनक उम्मीदवार बन जाता है। सीएमओएस दो अलग-अलग प्रकार के ट्रांजिस्टर को जोड़ती है: पी-चैनल एफईटी (पीएफईटी), जिस चैनल में अधिक छिद्र होते हैं, और एन-चैनल एफईटी (एनएफईटी), जिसमें इलेक्ट्रॉनों की अधिकता होती है। जितनी तेजी से वे चलते हैं, उतनी ही तेजी से सर्किट काम करते हैं। और उनके आंदोलन के लिए आवश्यक वोल्टेज में कमी का मतलब ऊर्जा की खपत में कमी है।

बेशक, जर्मेनियम ऐसी कण गतिशीलता के साथ एकमात्र सामग्री नहीं है। पहले उल्लेख किए गए यौगिक ए ^III बी ^वी, इंडियम आर्सेनाइड और गैलियम आर्सेनाइड जैसी सामग्री भी उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता का दावा करती है। इण्डियम आर्सेनाइड में इलेक्ट्रॉन सिलिकॉन की तुलना में लगभग 30 गुना अधिक मोबाइल हैं। लेकिन समस्या यह है कि यह संपत्ति छेदों पर लागू नहीं होती है - वे सिलिकॉन की तुलना में बहुत अधिक मोबाइल नहीं हैं। और यह सीमा उच्च गति वाले pFETs बनाना असंभव बना देती है, और उच्च गति pFETs की कमी तेज CMOS सर्किट की प्राप्ति को नकार देती है, क्योंकि वे nFETs और pDETs की गति में बहुत बड़े अंतर के साथ काम नहीं कर सकते हैं।

प्रत्येक सामग्री से सर्वश्रेष्ठ लेने के लिए एक समाधान है। कई प्रयोगशालाओं में शोधकर्ता, जैसे कि यूरोपीय संगठन फॉर द स्टडी ऑफ सेमीकंडक्टर्स इमेक और ज्यूरिख लेबोरेटरी फ़ेडरेशन, को दिखाया गया हैलूप बनाने के तरीके जिसमें एनएफईटी चैनल ए ^III बी ^वी यौगिकों और जर्मनी से पीएफईटी से बने हैं। और यद्यपि यह तकनीक आपको बहुत तेज़ कंट्रोल्स बनाने की अनुमति दे सकती है, लेकिन यह उत्पादन को बहुत जटिल बनाती है।

इसलिए, हम जर्मनी के साथ सरल दृष्टिकोण को प्राथमिकता देते हैं। जर्मेनियम चैनलों को गति बढ़ानी चाहिए, और उत्पादन की समस्याएं इतनी गंभीर नहीं होंगी।

आप जर्मनी में कैसे कर रहे हैं?

संपत्ति	सिलिकॉन (Si)	जर्मेनियम (जीई)	गैलियम आर्सेनाइड (GaAs)	इंडियम आर्सेनाइड (InAs)	इकाइयों
प्रतिबंधित क्षेत्र	1.12	0.66	1.42	0.35	eV
300 K पर इलेक्ट्रॉन की गतिशीलता	1,350	3,900	8,500	40,000	सेमी 2 / (वी एस)
300 K पर छेद की गतिशीलता	450	1,900	400	500	सेमी 2 / (वी एस)
अधिकतम संभव इलेक्ट्रॉन वेग	1	0.6	2	3.5	x10 7 सेमी / से
महत्वपूर्ण विद्युत क्षेत्र	0.25	0.1	0.004	0.002	x10 6 V / सेमी
तापीय चालकता	1.5	0.58	0.5	0.27	डब्ल्यू / (सेमीके)

जर्मेनियम के लिए - या किसी भी वैकल्पिक सामग्री - उत्पादन में जाने के लिए, आपको वर्तमान में चिप्स बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले सिलिकॉन सबस्ट्रेट्स में इसे जोड़ने का एक तरीका खोजने की आवश्यकता है। सौभाग्य से, एक सिलिकॉन सब्सट्रेट पर जर्मेनियम परत जमा करने के कई तरीके हैं, जिनसे चैनल तब बनाया जा सकता है। एक पतली परत का उपयोग जर्मनी की दो प्रमुख समस्याओं को समाप्त करता है - सिलिकॉन की तुलना में उच्च लागत, और अपेक्षाकृत खराब तापीय चालकता।

लेकिन एक ट्रांजिस्टर में सिलिकॉन को बदलने के लिए, यह केवल जर्मेनियम की एक पतली और उच्च गुणवत्ता वाली परत को धक्का देने के लिए पर्याप्त नहीं है। चैनल को ट्रांजिस्टर के अन्य घटकों के साथ निर्दोष रूप से काम करना चाहिए।

सर्वव्यापी आधुनिक सीएमओएस चिप्स एमओएस ट्रांजिस्टर (मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर - एमओएस ट्रांजिस्टर; मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर - एमओएसएफईटी) का उपयोग करते हैं। इसके चार आधार भाग हैं। स्रोत और नाली - वर्तमान विस्थापन का प्रारंभिक और अंतिम बिंदु; उन्हें जोड़ने वाला चैनल; वाल्व के रूप में सेवारत एक शटर जो चैनल में वर्तमान की उपस्थिति को नियंत्रित करता है।

वास्तव में, अन्य सामग्री उच्च गुणवत्ता वाले ट्रांजिस्टर में मौजूद हैं। सबसे महत्वपूर्ण में से एक गेट इंसुलेटर है, जो गेट और चैनल को छोटा करने से रोकता है। सेमीकंडक्टर्स में परमाणु जैसे कि सिलिकॉन, जर्मेनियम और यौगिक ए ^III बी ^वीतीन आयामों में स्थित हैं। एक आदर्श रूप से सपाट सतह नहीं बनाई जा सकती है, इसलिए, चैनल के शीर्ष पर परमाणुओं में कई उभारे हुए बंधन होंगे। आपको एक इन्सुलेटर की आवश्यकता होती है जो इन बॉन्डों में से यथासंभव बाँधता है, और इस प्रक्रिया को पैशन, या सतह नक़्क़ाशी कहा जाता है। खराब विनिर्माण के मामले में, आप "इलेक्ट्रिक गड्ढों" के साथ एक चैनल प्राप्त कर सकते हैं, उन जगहों से भरा हुआ है जहां चार्ज वाहक अस्थायी रूप से अस्तर कर सकते हैं, जो उनकी गतिशीलता को कम कर देता है और, परिणामस्वरूप, डिवाइस की गति।


वाम: nFET रचनाओं से ए ^III बी ^वी , और जर्मनी से pFET, इन्सुलेशन के साथ एक सिलिकॉन सब्सट्रेट पर उगाए गए दोनों सामग्रियों के टुकड़े।
दाएं: दोनों ट्रांजिस्टर जर्मेनियम से बने होते हैं जो एक सब्सट्रेट से जुड़े होते हैं।

सौभाग्य से, प्रकृति ने प्राकृतिक इन्सुलेटर के साथ सिलिकॉन की आपूर्ति की, जो इसकी क्रिस्टलीय संरचना के साथ अच्छी तरह से मेल खाता है: सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO ₂ )। और यद्यपि आधुनिक ट्रांजिस्टर में अधिक विदेशी इन्सुलेटर पाए जाते हैं, फिर भी उनके पास इस ऑक्साइड की एक पतली परत होती है, जो सिलिकॉन चैनल को निष्क्रिय करने का कार्य करती है। चूंकि सिलिकॉन और SiO ₂ संरचना में करीब हैं, एक अच्छी तरह से बनाई गई SiO ₂ परत 100,000 मुक्त बांडों में से 99,999 को बांधती है - और सिलिकॉन के एक वर्ग सेंटीमीटर पर उनमें से लगभग इतने ही हैं।

गैलियम आर्सेनाइड और अन्य यौगिक ए ^III बी ^वीउनके पास प्राकृतिक आक्साइड नहीं है, लेकिन जर्मनी के पास है - इसलिए, सिद्धांत रूप में, यह चैनल के पारित होने के लिए आदर्श सामग्री होनी चाहिए। समस्या यह है कि जर्मेनियम डाइऑक्साइड (GeO ₂ ) SiO _{2 की} तुलना में कमजोर है और चिप निर्माण के दौरान सब्सट्रेट को साफ करने के लिए उपयोग किए गए पानी द्वारा अवशोषित और भंग किया जा सकता है। इससे भी बदतर, जियो ₂ की वृद्धि प्रक्रिया को नियंत्रित करना मुश्किल है। एक आदर्श उपकरण के लिए, 1-2 एनएम मोटी की एक GeO ₂ परत की आवश्यकता होती है , लेकिन वास्तव में परत को 20 एनएम से अधिक पतला बनाना अधिक कठिन होता है।

शोधकर्ता विभिन्न विकल्पों की खोज कर रहे हैं। स्टैनफोर्ड में एक प्रोफेसर, कृष्णा सारस्वत, और उनके सहयोगी, जिन्होंने 2000 के दशक में वैकल्पिक सामग्री के रूप में जर्मेनियम का उपयोग करने में रुचि दिखाई, पहले अध्ययन कियाज़िरकोनिया, उच्च-गति ट्रांजिस्टर में आज उपयोग किए जाने वाले प्रकार के उच्च ढांकता हुआ निरंतर के साथ एक सामग्री। उनके काम के आधार पर, बेल्जियम में Imec की एक टीम ने अध्ययन किया कि जर्मेनियम और इसी तरह की सामग्री के बीच इंटरफेस में सुधार के लिए एक अल्ट्रा-पतली सिलिकॉन परत के साथ क्या किया जा सकता है।

लेकिन 2011 में टोक्यो विश्वविद्यालय से प्रोफेसर शिनिची ताकगी की टीम ने प्रदर्शन करते हुए जर्मनी के उत्तीर्णता को गंभीर रूप से सुधार दियाजर्मेनियम इन्सुलेटर के विकास को नियंत्रित करने की एक विधि। सबसे पहले, शोधकर्ताओं ने जर्मेनियम चैनल पर एक अन्य इन्सुलेटर, एल्यूमिना की एक नैनोमीटर परत विकसित की। उसके बाद, उन्हें एक ऑक्सीजन कक्ष में रखा गया। ऑक्सीजन का एक हिस्सा एल्यूमिना की एक परत के नीचे से जर्मेनियम तक जाता है, और इसके साथ मिश्रित होता है, जिससे एक पतली ऑक्साइड परत बनती है (ऑक्सीजन के साथ जर्मेनियम का एक यौगिक, लेकिन तकनीकी रूप से GeO _{2 नहीं} )। एल्यूमिना न केवल विकास को नियंत्रित करने में मदद करता है, बल्कि एक कम स्थिर परत के लिए एक सुरक्षात्मक कोटिंग के रूप में भी कार्य करता है।


नैनोवायर चैनल

कुछ साल पहले, इस खोज से प्रेरित होकर A ^III B ^V से चैनलों के साथ pFETs बनाने की जटिलता को देखते थेमेरा समूह पर्ड्यू में जर्मेनियम चैनलों पर ट्रांजिस्टर बनाने के तरीके तलाशने लगा। हमने फ्रांसीसी निर्माता Soitec द्वारा विकसित एक इन्सुलेटर पर जर्मेनियम सब्सट्रेट के उपयोग के साथ शुरू किया। ये 100 एनएम जर्मेनियम परत के नीचे एक इन्सुलेट परत के साथ मानक सिलिकॉन सब्सट्रेट हैं।

इन सबस्ट्रेट्स के साथ, आप ट्रांजिस्टर बना सकते हैं जिसमें सभी मानक भाग - स्रोत, चैनल और नाली - जर्मेनियम से बने होते हैं। ट्रांजिस्टर निर्माता को इस डिजाइन का पालन करने की आवश्यकता नहीं है, लेकिन जर्मेनियम उपकरणों के मूल गुणों का अध्ययन करना हमारे लिए आसान था।

पहली बाधाओं में से एक था, बाहरी दुनिया को जोड़ने वाले ट्रांजिस्टर और धातु इलेक्ट्रोड के स्रोत और नाली के बीच प्रतिरोध के खिलाफ लड़ाई। प्रतिरोध प्राकृतिक Schottky इलेक्ट्रॉनिक अवरोध के कारण उत्पन्न होता है जो धातु और अर्धचालक के बीच संपर्क के बिंदु पर दिखाई देता है। इस अवरोध को कम करने के लिए सिलिकॉन ट्रांजिस्टर को अथक रूप से अनुकूलित किया गया है, ताकि चार्ज वाहक आसानी से इसे पार कर सकें। लेकिन एक जर्मेनियम डिवाइस को चालाक इंजीनियरिंग समाधान की आवश्यकता होती है। इलेक्ट्रॉनिक संरचना की बारीकियों के कारण, छेद आसानी से धातु से जर्मेनियम तक चले जाते हैं, लेकिन इलेक्ट्रॉन बहुत अच्छे नहीं हैं। इसका मतलब है कि nFETs, इलेक्ट्रॉनों के आंदोलन पर भरोसा करते हुए, बहुत अधिक प्रतिरोध, गर्मी और वर्तमान नुकसान होंगे।

बैरियर को पतला बनाने का मानक तरीका स्रोत और नाली में अधिक डोपेंट जोड़ना है। प्रक्रिया की भौतिकी जटिल है, लेकिन इसे निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है: अधिक अशुद्धता परमाणु अधिक मुक्त आवेशों का परिचय देते हैं। नि: शुल्क चार्ज वाहक की एक बहुतायत के साथ, धातु इलेक्ट्रोड और अर्धचालक स्रोत और नाली के बीच विद्युत संपर्क बढ़ाया जाता है। यह सुरंग के प्रभाव को बढ़ाने में मदद करता है।

दुर्भाग्य से, यह तकनीक सिलिकॉन की तुलना में जर्मेनियम के साथ बदतर काम करती है। सामग्री डोपेंट की बड़ी सांद्रता का सामना नहीं करती है। लेकिन हम उन जगहों का उपयोग कर सकते हैं जहां अशुद्धियों का घनत्व अधिकतम है।

ऐसा करने के लिए, हम इस तथ्य का लाभ उठाते हैं कि पराबैंगनी विद्युत क्षेत्रों द्वारा आधुनिक अर्धचालकों में अशुद्धियों को जोड़ा जाता है जो आयनों को सामग्री में धकेलते हैं। इनमें से कुछ परमाणु तुरंत बंद हो जाते हैं, जबकि अन्य गहराई से प्रवेश करते हैं। नतीजतन, आपको एक सामान्य वितरण मिलेगा: एक निश्चित गहराई पर अशुद्धता परमाणुओं की एकाग्रता अधिकतम होगी, और फिर गहरी या विपरीत दिशा में जाने पर घट जाएगी। यदि हम स्रोत को गहरा करते हैं और इलेक्ट्रोड को अर्धचालक में बदलते हैं, तो हम उन्हें अशुद्धता परमाणुओं के उच्चतम एकाग्रता के स्थानों में रख सकते हैं। यह नाटकीय रूप से संपर्क प्रतिरोध की समस्या को कम करता है।


संपर्क अशुद्धता परमाणुओं की अधिकतम एकाग्रता की गहराई तक डूबे हुए हैं

भले ही चिप निर्माता जर्मनी में शोट्की बाधा को कम करने के लिए इस दृष्टिकोण का उपयोग करेंगे, यह अपनी क्षमताओं का एक उपयोगी प्रदर्शन है। हमारे अध्ययन की शुरुआत में, जर्मेनियम एनएफईटी ने जो सबसे अच्छा दिखाया वह चौड़ाई के प्रत्येक माइक्रोन के लिए 100 μA की धाराएं थीं। 2014 में, हवाई में वीएलएसआई प्रौद्योगिकी और सर्किट संगोष्ठी में, हमने जर्मेनियम एनएफईटी पर सूचना दी जो 10 गुना अधिक वर्तमान संचारित करने में सक्षम है, जो लगभग सिलिकॉन के बराबर है। छह महीने बाद, हमने जर्मेनियम एनएफईटी और पीएफईटी युक्त पहले सर्किट का प्रदर्शन किया, आधुनिक लॉजिक चिप्स के निर्माण के लिए एक आवश्यक शर्त।

तब से, हमने जर्मेनियम का उपयोग अधिक उन्नत ट्रांजिस्टर बनाने के लिए किया है, जैसे कि FinFET, कला की स्थिति। हमने जर्मनी में नैनोवायर ट्रांजिस्टर भी बनाए, जो आने वाले वर्षों में फिनफेट की जगह ले सकता है।

जर्मनी को बड़े पैमाने पर उत्पादन में उपयोग करने के लिए इन विकासों की आवश्यकता होगी, क्योंकि उनकी मदद से ट्रांजिस्टर चैनल को बेहतर ढंग से नियंत्रित करना संभव है। जर्मेनियम के छोटे निषिद्ध क्षेत्र के कारण, इस तरह के ट्रांजिस्टर को सिलिकॉन ट्रांजिस्टर की संवाहक स्थिति में स्विच करने के लिए आवश्यक ऊर्जा का केवल एक चौथाई होना चाहिए। यह कम-ऊर्जा संचालन के अवसरों को खोलता है, लेकिन यह ऐसे समय में करंट का रिसाव भी करता है, जब इसे ऐसा नहीं करना चाहिए। चैनल पर बेहतर नियंत्रण वाला एक उपकरण निर्माताओं को गति पर समझौता किए बिना छोटे प्रतिबंधित क्षेत्र का उपयोग करने की अनुमति देगा।

हमारे पास अच्छी शुरुआत है, लेकिन हमारे पास अभी भी काम है। उदाहरण के लिए, सब्सट्रेट के साथ अतिरिक्त प्रयोगों की आवश्यकता होती है, जो उच्च-गुणवत्ता वाले जर्मेनियम चैनलों के साथ ट्रांजिस्टर दिखाना चाहिए। डिजाइन में सुधार के लिए भी तेजी लाने की जरूरत है।

बेशक, जर्मेनियम भविष्य के ट्रांजिस्टर के लिए एकमात्र विकल्प नहीं है। शोधकर्ता ए ^III बी ^{वी के} योगों का अध्ययन करना जारी रखते हैं , जिसका उपयोग जर्मेनियम और अलग-अलग दोनों के साथ किया जा सकता है। संभावित ट्रांजिस्टर सुधारों की संख्या बहुत बड़ी है। इस सूची में कार्बन नैनोट्यूब ट्रांजिस्टर , लंबवत उन्मुख स्विच, तीन आयामी सर्किट, जर्मेनियम और टिन के मिश्रण से चैनल, क्वांटम टनलिंग के सिद्धांत पर आधारित ट्रांजिस्टर शामिल हैं।

आने वाले वर्षों में, शायद हम कुछ सूचीबद्ध तकनीकों को अनुकूलित करेंगे। लेकिन जर्मेनियम के अलावा - यहां तक ​​कि सिलिकॉन के साथ मिश्रण में - एक समाधान है जो निर्माताओं को निकट भविष्य में ट्रांजिस्टर में सुधार जारी रखने की अनुमति देगा। जर्मेनियम, अर्धचालक युग की मूल सामग्री, इसके अगले दशक के लिए रामबाण हो सकती है।

Source: https://habr.com/ru/post/hi399717/