मूर के नियम पर काबू पाने: भविष्य की ट्रांजिस्टर टेक्नोलॉजीज

हम सिलिकॉन के लिए विकल्पों के बारे में बात कर रहे हैं।

/ फोटो लौरा ओकेल अनस्प्लैश

मूर का नियम, डेन्नार्ड का नियम और कुमी का नियम प्रासंगिकता खो देता है। कारणों में से एक - सिलिकॉन ट्रांजिस्टर अपनी तकनीकी सीमा के निकट आ रहे हैं। हमने इस विषय पर पिछले पोस्ट में विस्तार से चर्चा की है। आज हम उन सामग्रियों के बारे में बात कर रहे हैं जो भविष्य में सिलिकॉन की जगह ले सकती हैं और तीन कानूनों के संचालन का विस्तार कर सकती हैं, जिसका मतलब है कि प्रोसेसर (और डेटा केंद्रों में सर्वर सहित) का उपयोग करते हुए कंप्यूटिंग सिस्टम की कार्यक्षमता बढ़ाना।

कार्बन नैनोट्यूब

कार्बन नैनोट्यूब सिलेंडर होते हैं जिनकी दीवारों में एक मोनोनेटिक कार्बन परत होती है। कार्बन परमाणुओं की त्रिज्या सिलिकॉन की तुलना में छोटी होती है, इसलिए नैनोट्यूब-आधारित ट्रांजिस्टर में अधिक इलेक्ट्रॉन गतिशीलता और वर्तमान घनत्व होता है। नतीजतन, ट्रांजिस्टर की गति बढ़ जाती है और इसकी बिजली की खपत कम हो जाती है। मैडिसन में विस्कॉन्सिन विश्वविद्यालय के इंजीनियरों के अनुसार, उत्पादकता पांच गुना अधिक है।

तथ्य यह है कि कार्बन नैनोट्यूब में सिलिकॉन की तुलना में बेहतर विशेषताएं हैं जो लंबे समय से ज्ञात हैं - पहले ऐसे ट्रांजिस्टर 20 साल से अधिक पहले दिखाई दिए थे । लेकिन हाल ही में, वैज्ञानिक एक पर्याप्त प्रभावी उपकरण बनाने के लिए कई तकनीकी सीमाओं को दरकिनार करने में कामयाब रहे। तीन साल पहले, विस्कॉन्सिन में उपर्युक्त विश्वविद्यालय के भौतिकविदों ने नैनोट्यूब-आधारित ट्रांजिस्टर का एक प्रोटोटाइप पेश किया था जो आधुनिक सिलिकॉन उपकरणों से बेहतर प्रदर्शन करता था।

कार्बन नैनोट्यूब पर आधारित उपकरणों के अनुप्रयोगों में से एक को लचीला इलेक्ट्रॉनिक्स कहा जाता है। लेकिन अभी तक तकनीक प्रयोगशाला से आगे नहीं बढ़ी है और इसके बड़े पैमाने पर परिचय का कोई सवाल ही नहीं है।

ग्राफीन नैनोरिबोन

वे ग्राफीन की कई दसियों चौड़ी नैनोमीटर चौड़ी हैं और भविष्य के ट्रांजिस्टर बनाने के लिए मुख्य सामग्रियों में से एक मानी जाती हैं। ग्राफीन टेप की मुख्य संपत्ति चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करके इसके माध्यम से बहने वाले वर्तमान को तेज करने की क्षमता है। इसी समय, ग्राफीन में सिलिकॉन की तुलना में 250 गुना अधिक विद्युत चालकता होती है।

कुछ रिपोर्टों के अनुसार, ग्राफीन ट्रांजिस्टर पर आधारित प्रोसेसर टेराएर्ट्ज़ के करीब आवृत्तियों पर काम करने में सक्षम होंगे। जबकि आधुनिक चिप्स के संचालन की आवृत्ति 4-5 गीगाहर्ट्ज़ की सीमा में सेट की गई है।

ग्राफीन ट्रांजिस्टर के पहले प्रोटोटाइप दस साल पहले दिखाई दिए थे । तब से, इंजीनियर उन पर आधारित उपकरणों की "असेंबली" की प्रक्रियाओं का अनुकूलन करने की कोशिश कर रहे हैं। हाल ही में, पहले परिणाम प्राप्त किए गए थे - मार्च में कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के डेवलपर्स की एक टीम ने पहले ग्राफीन माइक्रोबिस्कुट के लॉन्च की घोषणा की। इंजीनियरों का कहना है कि नया उपकरण इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के काम को दस गुना तेज कर सकता है।

हफ़नियम डाइऑक्साइड और सेलेनाइड

2007 के बाद से माइक्रोचिप के निर्माण में हाफ़नियम डाइऑक्साइड का उपयोग किया गया है। इससे एक ट्रांजिस्टर गेट पर एक इन्सुलेट परत बनाते हैं। लेकिन आज, इंजीनियर इसके साथ सिलिकॉन ट्रांजिस्टर के संचालन को अनुकूलित करने का सुझाव देते हैं।


/ फोटो फ्रिट्ज़ेंस फ्रिट्ज़ पीडी

पिछले साल की शुरुआत में, स्टैनफोर्ड के वैज्ञानिकों ने पाया कि यदि हेफ़नियम डाइऑक्साइड की क्रिस्टलीय संरचना को एक विशेष तरीके से पुनर्गठित किया गया था, तो इसका विद्युत स्थिरांक (एक विद्युत क्षेत्र को पारित करने की क्षमता के लिए जिम्मेदार) चार गुना से अधिक बढ़ जाएगा। यदि आप ट्रांजिस्टर द्वार बनाते समय ऐसी सामग्री का उपयोग करते हैं, तो आप टनलिंग प्रभाव को काफी कम कर सकते हैं।

इसके अलावा, अमेरिकी वैज्ञानिकों ने हाफ़नियम और ज़िरकोनियम सेलेनाइड्स का उपयोग करके आधुनिक ट्रांजिस्टर के आकार को कम करने का एक तरीका खोज लिया है । उन्हें सिलिकॉन ऑक्साइड के बजाय ट्रांजिस्टर के लिए एक प्रभावी इन्सुलेटर के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। अच्छे बैंड गैप को बनाए रखते हुए सेलेनाइड्स की मोटाई काफी कम (तीन परमाणु) होती है। यह एक संकेतक है जो एक ट्रांजिस्टर की बिजली खपत को निर्धारित करता है। इंजीनियरों ने पहले से ही हेफ़नियम और ज़िरकोनियम सेलेनाइड्स के आधार पर उपकरणों के कई कार्य प्रोटोटाइप बनाने में कामयाबी हासिल की है।

अब, इंजीनियरों को ऐसे ट्रांजिस्टर के कनेक्शन के साथ समस्या को हल करने की आवश्यकता है - छोटे आकारों में उनके लिए उपयुक्त संपर्क विकसित करने के लिए। उसके बाद ही बड़े पैमाने पर उत्पादन के बारे में बात करना संभव होगा।

मोलिब्डेनम डाइसल्फ़ाइड

मोलिब्डेनम सल्फाइड प्रति एसई एक बल्कि खराब अर्धचालक है, जो सिलिकॉन के गुणों में नीच है। लेकिन यूनिवर्सिटी ऑफ नोट्रे डेम के भौतिकविदों के एक समूह ने पाया कि पतली मोलिब्डेनम फिल्मों (एक परमाणु मोटी) में अद्वितीय गुण हैं - उन पर आधारित ट्रांजिस्टर ऑफ स्टेट में वर्तमान नहीं गुजरते हैं और स्विच करने के लिए थोड़ी ऊर्जा की आवश्यकता होती है। यह उन्हें कम वोल्टेज पर काम करने की अनुमति देता है।

मोलिब्डेनम ट्रांजिस्टर का प्रोटोटाइप प्रयोगशाला में विकसित किया गया था। 2016 में बर्कले में लॉरेंस। डिवाइस की चौड़ाई केवल एक नैनोमीटर है। इंजीनियरों का कहना है कि ऐसे ट्रांजिस्टर मूर के कानून का विस्तार करने में मदद करेंगे।

इसके अलावा, पिछले साल मोलिब्डेनम डाइसल्फ़ाइड पर आधारित एक ट्रांजिस्टर एक दक्षिण कोरियाई विश्वविद्यालय के इंजीनियरों द्वारा प्रस्तुत किया गया था। यह उम्मीद की जाती है कि प्रौद्योगिकी OLED डिस्प्ले के नियंत्रण सर्किट में आवेदन करेगी। हालांकि, ऐसे ट्रांजिस्टर के बड़े पैमाने पर उत्पादन के बारे में बात करने की कोई जरूरत नहीं है।

इसके बावजूद, स्टैनफोर्ड के शोधकर्ताओं का तर्क है कि ट्रांजिस्टर के उत्पादन के लिए आधुनिक बुनियादी ढांचे को कम लागत पर मोलिब्डेनम उपकरणों के साथ काम करने के लिए पुनर्गठन किया जा सकता है। क्या इस तरह की परियोजनाओं को लागू करना संभव होगा, भविष्य में देखा जाना बाकी है।

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