قام باحثون في معهد العلوم الصناعية بجامعة طوكيو باليابان بابتكار ترانزستورات جديدة صغيرة لا تستخدم السيليكون. وبدلًا من ذلك، قام الفريق بخلط الغاليوم بأكسيد الإنديوم، ثم بلوره لإنتاج مادة تدعم حركة الإلكترونات.

ما فائدة الترانزستورات الجديدة؟

تنتشر الترانزستورات في كل مكان. من الهواتف الذكية إلى المنازل الذكية، ومن السيارات إلى الطائرات، فهي الترانزستورات جزءًا لا يتجزأ من الإلكترونيات الحديثة.

وأسهمت الترانزستورات المصنوعة من السيليكون في تسريع تطوير التقنيات الحديثة، لكنها الآن متأخرة عن الركب.

كما أصبحت الحواسيب التي كانت تملأ الفضاء في الماضي بحجم راحة اليد، بفضل الترانزستورات المصنوعة من السيليكون.

ومع ذلك، ومع يسعى العلماء لتصغير حجم الإلكترونيات بشكل أكبر. بدأ العالم يدرك أيضًا محدودية السيليكون. يزداد استخراج المزيد من الترانزستورات المصنوعة من السيليكون بأحجام أصغر صعوبة يومًا بعد يوم، وهنا يبحث الباحثون عن بدائل جديدة.

وأثناء بحثهم عن ترانزستورات قابلة للتصغير، كان الباحثون في المعهد الدولي للدراسات الفيزيائية يبحثون أيضًا عن طرق لتحسين تصميم الترانزستور. وبوابة الترانزستور هي المسئولة عما إذا كان سيبقى في وضع التشغيل أم لا.

أراد الباحثون تصميم بوابة تحيط بالقناة التي يتدفق منها التيار. وأوضح “أنلان تشين”، الباحث في المعهد الهندي للدراسات الدولية، والمشارك في العمل: “بتغليف البوابة بالكامل حول القناة، لإمكانية تعزيز الكفاءة وقابلية التوسع مقارنةً بالبوابات التقليدية”.

كيف تم صناعة الترانزستور؟

بإضافة السيليكون إلى تصميمهم، تخلص الباحثون أيضًا من قيوده. لكن كان لا بد من تحسين أكسيد الإنديوم في جوانب معينة لجعله أكثر فعالية في التعامل مع الكهرباء. لذلك، شرع فريق البحث في إضافة الغاليوم إليه. وفق تقرير موقع interestingengineerin.

من المعروف أن أكسيد الإنديوم يحمل عيوبًا في تحرك ذرات الأكسجين، مما يؤدي إلى عيوب في الجهاز ويقلل من استقراره. وتتم معالجة التطعيم بالغاليوم هذه فراغات الأكسجين، ويمكن أن يعمل على تحسين موثوقية الترانزستورات. مع ذلك، يجب تنفيذ ذلك بعناية.

استخدم الفريق ترسيب الطبقات الذرية لتغليف منطقة القناة بطبقة رقيقة من أكسيد الإنديوم المضاف إليه الغاليوم “InGaOx”، طبقة تلو الأخرى. بعد اكتمال الترسيب، بتسخين الغشاء لتشكيل بنية بلورية تدعم حركة الإلكترونات.

نجح فريق البحث في تطوير ترانزستور تأثير المجال “MOSFET” قائم على أكسيد معدني بتصميم بوابة شاملة.

وأضاف تشين في البيان الصحفي: “يحقق ترانزستور MOSFET، القائم على بوابة شاملة، والمحتوي على طبقة أكسيد إنديوم مشبعة بالغاليوم، قدرة حركية عالية تبلغ 44.5 سم²/فولت ثانية ” .

“والأمر الحاسم هو أن الجهاز أظهر موثوقية واعدة من خلال العمل بثبات تحت الضغط المطبق لمدة ثلاث ساعات تقريبًا.”

أفاد الباحثون أيضًا أن ترانزستور MOSFET الخاص بهم تفوق في الأداء على الأجهزة الأخرى التي تم تطويرها سابقًا. يمهد هذا الطريق لتطوير مكونات إلكترونية موثوقة وعالية الكثافة. من المرجح أن يكون لهذه المكونات تطبيقات في مجالات مستقبلية مثل الذكاء الاصطناعي أو معالجة البيانات الضخمة.

من خلال تقليص حجم الترانزستورات بشكل أكبر، أظهر الباحثون أيضًا أن تقنيات الجيل القادم ستصاحبها على الأرجح تقلصات أكبر في حجم الأجهزة. والأهم من ذلك، أنها أظهرت أيضًا أن البحث في تصميم المواد قد يعمل هذا على إيجاد حلول تتجاوز السيليكون لتطبيقات مستقبلية