استفاده از مواد دوبعدی برای ساخت ترانزیستورهای کوچک - راهکار پژوهشگران دانشگاه MIT برای حفظ قانون مور

نمایش خبر

فهرست اخبار
تاریخ : 1401/11/4        نویسنده: مریم رشنو
برچسب‌ها : تحقیق Research
واحد خبر mobile.ir : گوردون مور (Gordon Moore)، یکی از بنیانگذاران و مدیر عامل سابق اینتل، در سال 1965 بر اساس مجموعه مشاهدات خود، پیش‌بینی مشهوری را مطرح کرد که بر اساس آن تعداد ترانزیستورهای مورد استفاده در تراشه‌ها تقریبا هر سال (و طبق اصلاحیه آن در سال 1975 هر دو سال) یک بار دو برابر می‌شود. به طور معمول، هر چه تعداد ترانزیستور یک تراشه بیشتر باشد، قدرتمندتر و کارآمدتر است و مور در واقع روند افزایش توان پردازشی تراشه‌ها را پیش‌بینی کرده بود. با پیشرفت سریع فناوری، قانون مور به شکل‌های دیگری نیز بیان شد و حتی نرخ دو برابر شدن ترانزیستورها در طی دو سال به 18 ماه یا یک سال و نیم کاهش یافت.

مطابق اخبار، شرکت‌هایی همچون TSMC و سامسونگ که با فناوری 3 نانومتری به طراحی و تولید تراشه می‌پردازند، به دنبال دستیابی به تکنولوژی 2 نانومتری برای ساخت چیپ‌ست تا سال 2025 هستند. در این میان، سامسونگ حتی از طراحی نقشه راه فناوری 1.4 نانومتری تا سال 2027 میلادی نیز سخن گفته است. اما به نظر می‌رسد حالا به جایی رسیده‌ایم که محدودیت‌های فیزیکی دیگر اجازه نصف شدن ابعاد ترانزیستورها را نخواهد داد و احتمالا در نهایت به سطحی از اندازه تولید خواهیم رسید که ماده سیلیکونی ویژگی‌های الکتریکی خود را از دست خواهد داد.

پیش از این Arm ضمن اشاره به ناکارآمد بودن قانون مور در آینده نزدیک، قانون جدیدی با عنوان «قانون کومی» را معرفی کرده بود که در آن برخلاف قانون مور (که توان پردازشی تراشه‌ها را پیش‌بینی می‌کرد) تعداد محاسبات انجام‌شده توسط تراشه به ازای هر ژول انرژی مصرفی اندازه‌گیری می‌شود.

با این حال، برخی معتقدند که استفاده از مواد دوبعدی برای ساخت ترانزیستورهای کوچک می‌تواند قانون مور را همچنان زنده نگه دارد؛ شیوه‌ای که در دستور کار گروهی از پژوهشگران دانشگاه MIT قرار دارد و وب‌سایت این دانشگاه به تازگی جزئیاتی در مورد آن منتشر کرده است.

مطابق یافته‌های این گروه از پژوهشگران، امکان ساخت ترانزیستورهای کوچک‌تر با استفاده از مواد دوبعدی وجود دارد. در این شیوه با استفاده از روشی به نام «رشد تک-کریستالی بدون محور» (nonepitaxial single-crystalline growth)، مواد دوبعدی روی ویفرهای سیلیکونی رشد می‌کنند که ورقه‌های دوبعدی فوق‌العاده نازک از کریستال‌های کامل به نازکی یک اتم هستند. به گفته این محققان، مواد دوبعدی ایجادشده عاری از هرگونه نقصی هستند که ساخت یک ترانزیستور ساده و کاربردی بر اساس آن‌ها را ممکن می‌سازد.

این مواد دوبعدی با عنوان «دی‌کالکوژنیدهای فلزی-انتقالی» یا TMD (کوتاه‌شده transition-metal dichalcogenides) شناخته می‌شوند و در مقیاس نانومتری، الکترون‌ها را با کارایی بیشتری در مقایسه با سیلیکون هدایت می‌کنند.

یافته‌های این پژوهش ممکن است همان پیشرفتی باشد که صنعت فناوری برای ادامه ساخت تراشه‌های قدرتمندتر به آن نیاز دارد. به عنوان نمونه‌ای از قانون مور در سال 2019، تراشه 5 نانومتری A13 Bionic اپل که در سری آیفون 11 مورد استفاده قرار گرفت، 8.5 میلیارد ترانزیستور را در خود جای داده بود، حال آن که تراشه 4 نانومتری A16 Bionic در iPhone 14 Pro و iPhone 14 Pro Max به حدود 16 میلیارد ترانزیستور مجهز شده بود. در عین حال انتظار می‌رود امسال، مدل‌های رده بالای آیفون 15 اپل از تراشه‌های تولیدشده با فناوری 3 نانومتری A17 Bionic استفاده کنند که از 18 تا 20 میلیارد ترانزیستور یا بیشتر بهره می‌برد.

جیوان کیم (Jeehwan Kim)، دانشیار مهندسی مکانیک MIT، در مورد استفاده از مواد دوبعدی برای زنده نگه داشتن قانون مور، می‌گوید: « انتظار داریم که فناوری ما بتواند توسعه نسل بعدی دستگاه‌های الکترونیکی مبتنی بر نیمه‌رسانای دوبعدی با کارایی بالا را امکان‌پذیر سازد. ما راهی برای حفظ قانون مور با استفاده از مواد دوبعدی گشوده‌ایم.»

همان طور که اشاره شد، پژوهشگران دانشگاه MIT با ارائه فناوری نوآورانه خود بر چالش رشد مواد دوبعدی روی ویفر سیلیکونی غلبه کرده‌اند. به گفته کیم «تاکنون هیچ راهی برای ساخت مواد دوبعدی به شکل تک‌کریستالی روی ویفرهای سیلیکونی وجود نداشته و بنابراین کل صنعت تقریباً از پیگیری [استفاده از] مواد دوبعدی برای [تولید] پردازنده‌های نسل بعدی منصرف شده‌ بود. اکنون ما این مشکل را با روشی برای ساخت دستگاه‌هایی کوچک‌تر از چند نانومتر به طور کامل حل کرده‌ایم. امری که الگوی قانون مور را تغییر خواهد داد.»

با استفاده از فرآیند تولید ترانزیستورهای کوچک‌تر، تعداد بیش‌تری از آنها در داخل تراشه‌های کوچک‌تری قرار می‌گیرند که به لحاظ قدرت پردازش و مصرف انرژی برتر از نمونه‌های قبلی هستند.

مطابق اعلام وب‌سایت دانشگاه MIT، بخشی از هزینه‌های این پژوهش توسط آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته وزارت دفاع ایالات متحده آمریکا، شرکت اینتل، برنامه IARPA MicroE4AI و شرکت‌های ROHM Co ،MicroLink Devices و سامسونگ تأمین شده است.

اینتل ماه گذشته اعلام کرده بود که در مورد استفاده از مواد دوبعدی برای ساخت تراشه پژوهش‌هایی را به انجام خواهد رساند. اینتل از این طریق در پی آن است که تا سال 2030 بیش از یک تریلیون ترانزیستور را در یک تراشه قرار دهد. سایر زمینه‌های تحقیقاتی که اینتل روی آنها تمرکز خواهد کرد شامل بررسی بسته‌بندی‌های سه‌بعدی جدید برای ادغام یکپارچه چیپ‌‌ها و مطالعه احتمالات جدید در مورد بهره‌وری انرژی و حافظه است. به علاوه اینتل در مورد استفاده از مواد دوبعدی، بر این باور است که این مواد بسیار نازک می‌توانند به جای دادن ترانزیستورهای بیش‌تر داخل یک تراشه واحد کمک کنند.

ترانزیستورهای ساخته شده از مواد دوبعدی نوآوری مهمی به شمار می‌آید که در صورت توفیق صنعتی، فناوری را در مسیر رشد نگاه خواهد داشت. به این ترتیب ممکن است سازندگان بتوانند گوشی‌های هوشمند سریع‌تر و قدرتمندتر با عمر باتری‌هایی را ارائه کنند که در حال حاضر فقط می‌توانیم درباره آن‌ها رویاپردازی کنیم.

منبع : MIT


تبلیغات

تبلیغات

Xiaomi 11 Lite 5G NE