Ultimate magazine theme for WordPress.

میکروسکوپ شبیه سازی ترانزیستورهای آینده

0

میکروسکوپ شبیه سازی ترانزیستورهای آینده

 

میکروسکوپ شبیه سازی ترانزیستورهای آینده
ساختار FET تک دروازه با کانال ساخته شده از مواد ۲ بعدی. در اطراف آن مجموعه ای از مواد ۲ بعدی قرار گرفته است که مورد بررسی قرار گرفته است. اعتبار: ماتیو لوئیزیر / ETH زوریخ

میکروسکوپ شبیه سازی ترانزیستورهای آینده از زمان کشف گرافن ، مواد دو بعدی مرکز تحقیقات مواد بوده است. از جمله می توان از آنها برای ساخت ترانزیستورهای ریز و با کارایی بالا استفاده کرد. محققان ETH Zurich و EPF Lausanne اکنون صد ماده ممکن را برای این منظور شبیه سازی و ارزیابی کرده و ۱۳ نامزد آینده دار را کشف کرده اند.

دانشکده ها : با افزایش کوچک سازی قطعات الکترونیکی ، محققان با عوارض جانبی نامطلوب دست و پنجه نرم می کنند: در مورد مقیاس نانومتر ترانزیستورها ساخته شده از مواد مرسوم مانند سیلیکون ، جلوه های کوانتومی رخ می دهد که عملکرد آنها را مختل کند. به عنوان مثال ، یکی از این تأثیرات کوانتومی ، جریان نشتی اضافی است ، به عنوان مثال جریاناتی که “گمراه” می شوند و از طریق هادی فراهم نشده بین مخاطب منبع و تخلیه هستند. بنابراین اعتقاد بر این است که قانون مقیاس گذاری مور ، که می گوید تعداد مدارهای مجتمع در واحد سطح هر ۱۲-۱۸ ماه دو برابر می شود ، در آینده نزدیک به دلیل چالش های فزاینده مرتبط با کوچک سازی اجزای فعال آنها ، به محدودیت های خود خواهد رسید. این در نهایت بدان معنی است که ترانزیستورهای مبتنی بر سیلیکون که در حال حاضر ساخته می شوند – FinFET نامیده می شوند و تقریباً همه ابر رایانه ها را مجهز می کنند – به دلیل اثرات کوانتومی دیگر نمی توانند خودسرانه کوچکتر شوند.

چراغهای دو بعدی امید

با این حال ، یک مطالعه جدید توسط محققان ETH Zurich و EPF Lausanne نشان می دهد که می توان با مواد جدید دو بعدی (۲-D) این مشکل را برطرف کرد – یا حداقل این همان شبیه سازی هایی است که آنها انجام داده اند ” ابر رایانه Piz Daint پیشنهاد می کند.

گروه تحقیق به سرپرستی ماتیو لوئیزیر از انستیتوی سیستم های یکپارچه (IIS) در ETH زوریخ و نیکولا مرزاری از EPF لوزان ، از نتایج تحقیقاتی که مرزاری و تیمش قبلاً به دست آورده بودند ، به عنوان پایه ای برای شبیه سازی های جدید خود استفاده کردند: در سال ۲۰۱۸ ، ۱۴ سال پس از کشف گرافن برای اولین بار مشخص شد که می توان مواد دو بعدی تولید کرد ، آنها از شبیه سازی های پیچیده “Piz Daint” برای استخراج بیش از ۱۰۰۰۰۰ ماده استفاده کردند. آنها ۱۸۲۵ م promلفه امیدوار کننده را استخراج کردند که می توان از آنها لایه های ۲ بعدی تهیه کرد.

محققان از بین این بیش از ۱۸۰۰ ماده ۱۰۰ نامزد را انتخاب کردند که هر کدام از آنها از یک لایه اتم تشکیل شده است و می تواند برای ساخت ترانزیستورهای اثر مقیاس با مقیاس فوق العاده (FET) مناسب باشد. آنها اکنون خصوصیات خود را در زیر میکروسکوپ “ab initio” بررسی کرده اند. به عبارت دیگر ، آنها با استفاده از ابر رایانه CSCS “Piz Daint” ابتدا ساختار اتمی این مواد را با استفاده از تئوری تابعی تراکم (DFT) تعیین کردند. سپس آنها این محاسبات را با به اصطلاح حل کننده حمل و نقل کوانتومی ترکیب کردند تا جریان الکترون و سوراخ را از طریق ترانزیستورهای تولید شده تقریباً شبیه سازی کنند. شبیه ساز حمل و نقل کوانتومی مورد استفاده توسط لوئیزیر همراه با یک تیم تحقیقاتی ETH دیگر ساخته شد و به روش اصلی جایزه گوردون بل در سال ۲۰۱۹ اعطا شد.

یافتن کاندیدای دو بعدی بهینه

عامل تعیین کننده برای ماندگاری ترانزیستور این است که آیا جریان می تواند توسط یک یا چند تماس گیت بهینه کنترل شود. به لطف طبیعت فوق العاده نازک مواد ۲-D – معمولاً نازک تر از یک نانومتر – یک تماس تک دروازه می تواند جریان الکترون و جریان سوراخ را تعدیل کند ، بنابراین ترانزیستور را کاملاً خاموش و روشن می کند.

“لوئیزیر تأکید می کند:” اگرچه همه مواد ۲ بعدی از این خاصیت برخوردارند ، اما همه آنها به کاربردهای منطقی وام نمی دهند ، “فقط آنهایی که به اندازه کافی بین نوار ظرفیت و باند هدایت فاصله دارند.” مواد دارای شکاف باند مناسب از اثرات به اصطلاح تونلی الکترونها و در نتیجه جریان نشتی ناشی از آنها جلوگیری می کنند. دقیقاً این مواد است که محققان در شبیه سازی های خود به دنبال آن بودند.

هدف آنها یافتن مواد ۲ بعدی بود که بتواند جریان بیشتر از ۳ میلی آمپر در هر میکرومتر را تأمین کند ، هم به عنوان ترانزیستورهای نوع n (انتقال الکترون) و هم به عنوان ترانزیستورهای نوع p (انتقال سوراخ) ، و طول کانال آنها می تواند به اندازه ۵ نانومتر کوچک باشید بدون اینکه اختلال در رفتار سوئیچینگ ایجاد شود. “فقط در صورت تحقق این شرایط می توان ترانزیستورها را بر اساس مواد دو بعدی از Si FinFET مرسوم پیشی بگیرد “. لوئیزیر می گوید.

توپ اکنون در زمین محققان تجربی است

با در نظر گرفتن این جنبه ها ، محققان ۱۳ ماده احتمالی ۲ بعدی را شناسایی کردند که می تواند با آنها ترانزیستورهای آینده ساخته شود و همچنین می تواند ادامه قانون مقیاس گذاری مور را امکان پذیر کند. برخی از این مواد از قبل شناخته شده اند ، به عنوان مثال فسفر سیاه یا HfS ۲ ، اما لوئیزیر تأکید می کند که سایر مواد کاملاً جدید هستند – ترکیباتی مانند Ag ۲ N ۶ یا O ۶ Sb ۴ .

“ما به لطف شبیه سازی های خود یکی از بزرگترین پایگاه های داده ای از مواد ترانزیستور را ایجاد کرده ایم. با این نتایج ، ما امیدواریم که تجربیاتی را که با مواد ۲-D کار می کنند انگیزه دهیم تا بلورهای جدید را لایه برداری کرده و سوئیچ های منطقی نسل بعدی را ایجاد کنند.” استاد ETH. گروه های تحقیقاتی به سرپرستی لوئیزیر و مرزاری در مرکز ملی صلاحیت در تحقیقات (NCCR) MARVEL همکاری نزدیک دارند و اکنون آخرین نتایج مشترک خود را در مجله ACS Nano منتشر کرده اند. آنها اطمینان دارند که ترانزیستورهای ساخته شده بر اساس این مواد جدید می توانند جایگزین ترانزیستورهای ساخته شده از سیلیکون یا دی الکوژنیدهای فلزات انتقالی در حال حاضر محبوب شوند.

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.