طراحی نو برای ترانزیستور نسل جدید

طول عمر ترانزیستور نسل جدید مبتنی بر سیلیکون با استفاده از تکنیک های آموخته شده از فیزیک کوانتوم افزایش می یابد. محققان دانشگاه پردو در طراحی ترانزیستورهای نسل جدید به یک نقطه عطف رسیده اند، آنها توانسته اند عمر نیمه هادی های مبتنی بر سیلیکون را افزایش دهند.

طرح جدید با عنوان CasFET مخفف Cascade Field Effect Transistor یک گام دیگر در کوچک سازی ترانزیستور ها می باشد. این امر امکان کاهش ولتاژهای سوئیچینگ، مصرف برق کمتر و طراحی متراکم را می دهد.

محققان طراحی نو CasFET را برای ترانزیستور نسل جدید ایجاد کردند.

تیلمان کوبیس، کاترین نگای پسیک و سیلواکو استادیار تحقیقات مهندسی برق و کامپیوتر در پردو گفت: این تحقیقات در جهت کوچک سازی ترانزیستور نسل جدید ایجاد شده است. چون ترانزیستور های قبلی مشکلات فنی و هزینه های گزافی را منجر می شد.

کوبیس گفت: ترانزیستور ها نیاز به یک جریان روشنایی ON در حد زیاد و یک جریان خاموشی OFF  در حد خیلی کم همراه با یک تفاوت بسیار کوچک برای تغییر بین ON و OFF نیاز دارند.

این چالش ها به طور قابل توجهی کاهش مقیاس ترانزیستورها را در 8 سال اخیر کند کرده و موجب دشواری معرفی نسل های قدرتمندتر CPU  شده است.

یکی از موارد قابل تشخیص درباره این مشکل انتقال اینتل به فرآیندهای 10 نانومتری و 7 نانومتری است که با تاخیر های زیادی همراه بود و به احیای AMD در CPU  کمک کرد.

ترانزیستور نسل جدید با طول عمر بیشتر

سامسونگ از فناوری GAA FET (Gate All Around Field Effect Transistor) برای فناوری 3 نانومتری خود استفاده می کند و پیش بینی می شود امسال به تولید انبوه برسد.

ترانزیستور نسل جدید در این فناوری جانشین FinFet، مجهز به چهار گیت در در هر چهار طرف کانال هستند. این عمل عایق ترانزیستوری بهتری را برای همسایگان آن ایجاد می کند. افت ولتاژ را کاهش می دهد و در سوئیچینگ مشابه ولتاژهای کمتری اعمال می شود. این به نوبه خود اجازه می دهد ترانزیستور های بیشتری در کنار هم قرار گیرند و باعث افزایش چگالی فرآیند شود.

سامسونگ می گوید این رویکرد امکان کاهش 35 درصدی در سایز ترانزیستور های نسل جدید نسبت به FinFET  های 5 نانومتری را می دهد. به هر حال انتظار می رود GAAFET زودتر از FinFET تمام شود.

طراحی ترانزیستور نسل جدید دانشگاه پردو

طراحی Case FET که توسط دانشگاه پردو به اشتراک  گذاشته شده است. لایه های  Superlattice یا فوق مشبک پیشرفت جدیدی در طراحی است و می تواند کوچک سازی ترانزیستور نسل جدید را بهبود بخشد. توسعه CasFET گام احتمالی دیگر در طراحی و تولید ترانزیستور هاست.

ساختار فوق مشبک عمود بر جهت انتقال ترانزیستور را شکل می دهد و حالت سوئیچ پذیر در اتصالات کاسکید یا زنجیره ای را به وجود می آورد. این عمل در واقع از لیزرهای کوانتوم کسکید برداشت شده است و اساسا امکان کنترل ولتاژ های بسیار ریز را فراهم می کند . این یکی از عوامل محدود کننده در مقیاس بندی نیمه هادی ها بوده است.

تیم در حال توسعه اولین نمونه CasFET است و در مرحله طراحی ساختار و مواد بکار رفته می باشند. محققان سعی دارند تا تعادل  مناسب بین هزینه، مواد و سهولت انتقال از ترانزیستور معمولی و ترانزیستور نسل جدید در حال تولید بیابند. در حال حاضر نمونه اولیه مشخصات عملکرد مورد نظر و جستجوی محققان ارائه نمی دهد.

به هر حال تولید جدید به قدری امیدوار کننده است که پردو از اداره ثبت و علائم تجاری درخواست ثبت اختراع کرده است.