छोटे यौगिक अर्धचालक ट्रांजिस्टर सिलिकॉन के प्रभुत्व को चुनौती दे सकते हैं | एमराल्ड इनसाइट

छोटे यौगिक अर्धचालक ट्रांजिस्टर सिलिकॉन के प्रभुत्व को चुनौती दे सकते हैं

लेख का प्रकार: उद्योग समाचार से: माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक इंटरनेशनल, खंड 30, अंक 2

MIT के शोधकर्ताओं ने अब तक का सबसे छोटा इंडियम गैलियम आर्सेनाइड ट्रांजिस्टर विकसित किया है

सिलिकॉन का मुकुट खतरे में है: कंप्यूटर और स्मार्ट उपकरणों के लिए माइक्रोचिप्स के राजा के रूप में सेमीकंडक्टर के दिनों को गिना जा सकता है, एक प्रतिद्वंद्वी सामग्री, इंडियम गैलियम आर्सेनाइड से बनाए जाने वाले सबसे छोटे ट्रांजिस्टर के विकास के लिए धन्यवाद।

एमआईटी की माइक्रोसिस्टम्स टेक्नोलॉजी लेबोरेटरीज में एक टीम द्वारा निर्मित कंपाउंड ट्रांजिस्टर, लंबाई में सिर्फ 22 एनएम (मीटर का अरबवां) होने के बावजूद अच्छा प्रदर्शन करता है। एमआईटी के इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और कंप्यूटर साइंस विभाग (ईईसीएस) में विज्ञान के डोनर प्रोफेसर, सह-डेवलपर जेसुस डेल अलामो कहते हैं, यह अंततः कंप्यूटिंग उपकरणों में सिलिकॉन को बदलने के लिए एक आशाजनक उम्मीदवार बनाता है, जिन्होंने ईईसीएस स्नातक छात्र जियानकियान लिन के साथ ट्रांजिस्टर का निर्माण किया। और दिमित्री एंटोनियाडिस, रे और मारिया स्टाटा इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के प्रोफेसर।

हमेशा तेज और स्मार्ट कंप्यूटिंग उपकरणों की हमारी मांग के साथ तालमेल रखने के लिए, ट्रांजिस्टर का आकार लगातार सिकुड़ रहा है, जिससे उनकी बढ़ती संख्या को माइक्रोचिप्स पर निचोड़ा जा सकता है। डेल अलामो कहते हैं, "जितने अधिक ट्रांजिस्टर आप एक चिप पर पैक कर सकते हैं, उतनी ही शक्तिशाली चिप होने वाली है, और चिप जितने अधिक कार्य करने जा रही है।"

लेकिन जैसे-जैसे सिलिकॉन ट्रांजिस्टर नैनोमीटर पैमाने पर कम होते जाते हैं, उपकरणों द्वारा उत्पादित की जा सकने वाली धारा की मात्रा भी सिकुड़ती जा रही है, जिससे उनके संचालन की गति सीमित हो रही है। इससे यह डर पैदा हो गया है कि मूर का नियम - इंटेल के संस्थापक गॉर्डन मूर की भविष्यवाणी है कि माइक्रोचिप्स पर ट्रांजिस्टर की संख्या हर दो साल में दोगुनी हो जाएगी - समाप्त होने वाली है, डेल अलामो कहते हैं।

मूर के नियम को जीवित रखने के लिए, शोधकर्ता कुछ समय से सिलिकॉन के विकल्पों की जांच कर रहे हैं, जो इन छोटे पैमानों पर काम करने पर भी संभावित रूप से एक बड़ा करंट पैदा कर सकता है। ऐसी ही एक सामग्री यौगिक इंडियम गैलियम आर्सेनाइड है, जो पहले से ही फाइबर-ऑप्टिक संचार और रडार प्रौद्योगिकियों में उपयोग की जाती है, और इसे बहुत अच्छे विद्युत गुणों के लिए जाना जाता है, डेल अलामो कहते हैं। लेकिन सिलिकॉन के समान ट्रांजिस्टर में बनने की अनुमति देने के लिए सामग्री के उपचार में हालिया प्रगति के बावजूद, कोई भी अभी तक ऐसे छोटे उपकरणों का उत्पादन करने में सक्षम नहीं है जो कल के माइक्रोचिप्स में अधिक से अधिक संख्या में पैक किए जा सकें।

अब डेल अलामो, एंटोनियाडिस और लिन ने दिखाया है कि नैनोमीटर के आकार का धातु-ऑक्साइड सेमीकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (एमओएसएफईटी) बनाना संभव है - सामग्री का उपयोग करके माइक्रोप्रोसेसरों जैसे तर्क अनुप्रयोगों में सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला प्रकार। डेल अलामो कहते हैं, "हमने दिखाया है कि आप उत्कृष्ट तर्क विशेषताओं के साथ बेहद छोटे इंडियम गैलियम आर्सेनाइड एमओएसएफईटी बना सकते हैं, जो मूर के कानून को सिलिकॉन की पहुंच से बाहर ले जाने का वादा करता है।"

ट्रांजिस्टर में तीन इलेक्ट्रोड होते हैं: गेट, स्रोत और नाली, अन्य दो के बीच इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को नियंत्रित करने वाले गेट के साथ। चूंकि इन छोटे ट्रांजिस्टर में जगह इतनी तंग है, इसलिए तीन इलेक्ट्रोड को एक-दूसरे के बेहद करीब रखा जाना चाहिए, सटीकता का एक स्तर जिसे परिष्कृत उपकरण भी हासिल करना असंभव होगा। इसके बजाय, टीम गेट को अन्य दो इलेक्ट्रोडों के बीच "स्व-संरेखित" करने की अनुमति देती है।

शोधकर्ता पहले आणविक बीम एपिटेक्सी का उपयोग करके सामग्री की एक पतली परत विकसित करते हैं, अर्धचालक उद्योग में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली एक प्रक्रिया जिसमें इंडियम, गैलियम और आर्सेनिक के वाष्पित परमाणु एक दूसरे के साथ एक एकल-क्रिस्टल यौगिक बनाने के लिए एक दूसरे के साथ प्रतिक्रिया करते हैं। टीम तब स्रोत और नाली संपर्क धातु के रूप में मोलिब्डेनम की एक परत जमा करती है। फिर वे इलेक्ट्रॉनों के एक केंद्रित बीम का उपयोग करके इस सब्सट्रेट पर एक अत्यंत महीन पैटर्न "ड्रा" करते हैं - एक और अच्छी तरह से स्थापित निर्माण तकनीक जिसे इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी के रूप में जाना जाता है।

सामग्री के अवांछित क्षेत्रों को तब हटा दिया जाता है और गेट ऑक्साइड को छोटे अंतराल पर जमा कर दिया जाता है। अंत में, वाष्पित मोलिब्डेनम को सतह पर निकाल दिया जाता है, जहां यह गेट बनाता है, दो अन्य इलेक्ट्रोड के बीच कसकर निचोड़ा जाता है, डेल अलामो कहते हैं। "नक़्क़ाशी और बयान के संयोजन के माध्यम से हम इसके चारों ओर छोटे अंतराल के साथ [इलेक्ट्रोड के बीच] गेट को घेर सकते हैं," वे कहते हैं।

हालांकि टीम द्वारा लागू की गई कई तकनीकों का पहले से ही सिलिकॉन निर्माण में उपयोग किया जाता है, लेकिन उनका उपयोग केवल शायद ही कभी यौगिक अर्धचालक ट्रांजिस्टर बनाने के लिए किया जाता है। यह आंशिक रूप से है क्योंकि फाइबर-ऑप्टिक संचार जैसे अनुप्रयोगों में, स्थान एक समस्या से कम है। "लेकिन जब आप एक चिप पर अरबों छोटे ट्रांजिस्टर को एकीकृत करने के बारे में बात कर रहे हैं, तो हमें सिलिकॉन ट्रांजिस्टर की तरह दिखने के लिए यौगिक अर्धचालक ट्रांजिस्टर की निर्माण तकनीक को पूरी तरह से सुधारने की जरूरत है," डेल अलामो कहते हैं।

उनका अगला कदम डिवाइस के भीतर अवांछित प्रतिरोध को समाप्त करके विद्युत प्रदर्शन - और इसलिए गति - को और बेहतर बनाने पर काम करना होगा। एक बार जब वे इसे हासिल कर लेते हैं, तो वे अपने ट्रांजिस्टर के आकार को गेट की लंबाई में 10 एनएम से कम करने के अंतिम उद्देश्य के साथ डिवाइस को और सिकोड़ने का प्रयास करेंगे।

अनुसंधान को DARPA और सेमीकंडक्टर रिसर्च कॉरपोरेशन द्वारा वित्त पोषित किया गया था।