وبلاگ تخصصی برق و الکترونیک

بنابراین افرادی‬ ‫در پی یافتن روش های دیگری برای بهبود سرعت می باشند. به ویژه‬ ‫اینتل 0808 اولین میکرو پروسسور چند منظوره که در سال 4791به‬ ‫تالش زیادی برای ساختن آنها با استفاده از نیمه هادی های مرکب‬ ‫بازار ارائه شد می توانست در حدود نیم میلیون دستورالعمل در ثانیه‬ ‫نظیر گالیم آرسناید که باعث بهبود سرعت قطع و وصل نسبت به‬ ‫را اجرا کند که بسیار پرتوان به نظر می رسید.‬ ‫امثال سیلیکون می گردد انجام می پذیرد.‬ ‫امروزه نسل 0808 در حدود 000001 بار سریعتر عمل می کنند.‬ ‫این استراتژی به هیچ وجه جدید نمی باشد.
از آنجائیکه ماسفت‬ ‫این پیشرفت در نتیجه قابلیت صنعت نیمه هادی در کاهش اندازه‬ ‫سیلیکون در سال 0691 اختراع شد مهندسین در صدد استفاده از‬ ‫بلوک ساختاری میکروپروسسورها می باشد که ترانزستورهای ماسفت‬ ‫گالیم آرسناید در مدار های یکپارچه وسیع می باشند ولی تا کنون‬ ‫در آن به منزله سویچ کوچک عمل می کنند. با استفاده از جادوی‬ ‫کسی موفق نشده است.

این عدم موفقیت های مکرر باعث یاد آوری‬ ‫فوتولیتوگرافی یک بیلیون از آنها یکجا بر روی سطح ویفر سیلیکون‬ ‫لطیفه قدیمی درباره سیلیکون می گردد: گالیم آرسناید تکنولوژی آینده‬ ‫ساخته می شوند.‬ ‫می باشد.‬ ‫اما آن تردید چند ساله در صدد از بین رفتن می باشد.
من و همکارم‬ ‫در مرکز تحقیقات نانوتکنولوژی دانشگاه ‪ Purdue‬با همکاری دیگر‬ ‫محققین دانشگاهی و صنعتی پیشرفت هایی در این زمینه کسب کرده‬ ‫ایم که به زودی امکان ساخت ترانزیستور با گالیم آرسناید و یا مواد‬ ‫مشابه برای استفاده در‪ IC‬دیجیتال در مقیاس وسیع فراهم می شود.‬ ‫این قابلیت میکرو پروسسورها امکان افزایش سرعت تا 3 الی 4 برابر‬ ‫را منجر می گردد. دستیابی به این هدف بدون شک نیاز به بهبود در‬ ‫تکنولوژی نیمه هادی می باشد اما گالیم آرسناید و یا چیزی نزدیک به‬ ‫آن می تواند پاسخ این مسئله باشد.‬ ‫دو عنصر اصلی گالیم آرسناید از ستون سوم(گالیم ) و پنجم (آرسنیک)‬ ‫عناصر جدول تناوبی حاصل می شود که این علت قرار گیری در طبقه‬ ‫نیمه هادی ‪ III-V‬می باشد.

بیشتر از 21نوع از چنین ترکیباتی وجود‬ ‫دارد که شامل نیترید گالیم و فسفید ایندیم می باشد اما گالیم آرسناید‬ ‫عمومی ترین نوع می باشد.‬ ‫قطعاتی که از گالیم آرسناید ساخته می شود گرانتر از نوع سیلیکونی‬ ‫می باشد (در حدود 01برابر گرانتر می باشد) اما در کاربردهای‬ ‫خاص مانندسلول خورشیدی بازده باال،دیودهای لیزر و یک نوع خاص‬ ‫ترانزیستور اثر میدان (ترانزیستور با قابلیت باالی حرکت الکترون یا‬ ‫‪ HEMT‬که در تلفن همراه ،سیستمهای مخابراتی و رادارها بکار می‬ ‫تکنولوژی های نوین - مجله تخصصی نــویز‬ ‫رود) استفاده می شود.‬
‫ترانزیستور آزمایشی گالیم آرسناید ایندیم (آبی) بر اساس بستری از‬ ‫فسفید ایندیم (خاکستری) ساخته می شود که ولتاژ مثبت در گیت‬ ‫با کوچکتر شدن این ترانزیستورها در طی سالیان، امکان قرار دادن‬ ‫الکترون ها را به کانال میان محدوده نوع ‪ n‬با دوپینگ سیلیکون که‬ ‫تعداد بیشتری بدون افزایش قیمت محیا شده است. همچنین توانایی‬ ‫زیر سورس و الکترودهای درین هدایت می کند که باعث شارش‬ ‫روشن و خاموش کردن سریعا در حال افزایش می باشد که برای‬ ‫جریان می گردد.‬ ‫میکروپروسسور امکان فعالیت در سرعت باال را ایجاد می کند.‬

‫‪HEMT‬ها ابزار مهم و موثری می باشند زیرا بر مشکالت اصلی ناشی‬ ‫اما کوچکتر کردن ماسفت ها در اندازه نانو بسیار دشوار می باشد‬ ‫از فیزیک حالت جامد را برطرف می کنند. نیمه هادی ها همچنان که از
نامشان پیداست به صورت عادی الکتریسیته را به خوبی هدایت نمی‬ ‫ژرمانیوم میان زیر الیه و عایق برای خنثی کردن تاثیرات مضر باند‬ ‫کنند و معموال با انواع دیگر اتم ها برای هدایت الکتریسیته ترکیب‬ ‫آویزان می باشند. تاکنون نتایج نا امید کننده می باشد و تا اوائل‬ ‫می شوند.

اما این ناخالصی ها با حرکت الکترون ها از طریق شبکه‬ ‫0991 اکثر محققین دست از تالش برداشتند، به غیر از دو استثنا که‬ ‫کریستالی نیمه هادی قابلیت هدایت بدست آمده را محدود می کنند.‬ ‫عبارتند از ‪ Minghwei Hong‬و ‪ Matthias Passlack‬که روش‬ ‫در ‪ HEMT‬الکترون ها با نیمه هادی ‪ III-V‬مطرح می شوند که‬ ‫ته نشین کردن ترکیب عایق اکسید گالیم - اکسید گادولینیم بر روی‬ ‫توسط ناخالص سازی صورت نمی گیرد بلکه با قرار دادن مواد در‬ ‫مواد ستون ‪ III V‬را توسعه دادند روشی که بعدها ‪ Passlack‬از آن‬ ‫ارتباط با ترکیبات دیگر ‪ III-V‬صورت می گیرد. ضرورتا الکترون ها‬ ‫در ‪ Motorola‬در سال 4002 استفاده کرد. (شرکت ‪Freescale‬‬ ‫در مسافت کم به ماده غیر تغلیظ شده می افتد که باعث می شود الیه‬ ‫‪)Semiconductor‬‬ ‫نازک آن (کانال) الکتریسیته را به خوبی هنگامی که ترانزیستور روشن‬ ‫در آن زمان مهندسین از ماسفت سیلیکونی که باعث ایجاد مشکل‬ ‫باشد هدایت کند.‬ ‫در عایق گیت آن می شد استفاده می کردند.

با کوچکتر شدن ابعاد‬ ‫می توان ‪ HEMT‬را به تنهایی و یا در مدار یکپارچه با 001 یا‬ ‫ترانزیستور، دی اکسید سیلیکون گیت را عایق کرده و باعث می شود‬ ‫0001عدد از آنها به صورت دسته بکار برد اما تا کنون برای استفاده‬ ‫که به خوبی کار نکند و به قدری نازک می شود که الکترون از طریق‬ ‫در میکرو پروسسورها موفق نشده اند زیرا تعداد زیادی از الکترون‬ ‫آن عبور می کند تالشهای بسیاری در زمینه یافتن جایگزین مناسب‬ ‫ها که از طریق کانال از سورس ترانزیستور به درین جریان می یابند‬ ‫برای ثابت دی الکتریک باالتر صورت گرفته است که می تواند از‬ ‫گرما تولید می کنند و با توجه به میلیون ها ترانزیستور نا متراکم که‬ ‫لحاظ فیزیکی ضخیم تر بدون در نظر گرفتن تابع الکتریکی ترانزیستور‬ ‫در یک تراشه جمع شده است قطعه به سرعت تا حدی گرم می شود‬ ‫ساخته شود. سرانجام ترکیب مناسب یافته شد.

برای نمونه اینتل از‬ ‫که ذوب شود.‬ ‫عایق گیت هافنیم بر روی چند میکرو پروسسور پیشرفته استفاده می‬ ‫در ماسفت سیلیکونی یک الیه از عایق حائل (معموال دی اکسید‬ ‫کند.‬ ‫سیلیکون)، از جداشدن (لغزش) الکترون ها از کانال به سمت گیت‬ ‫تولید کننده برای کنترل ضخامت دی الکتریک های دارای ثابت دی‬ ‫جلوگیری می کند. در یک‪ HEMT‬کانال از گیت توسط نیمه هادی‬ ‫الکتریک باال ( ‪ ) High-k‬الیه سیلیکونی با استفاده از تکنیکی که ته‬ ‫که تا حدی هادی می باشد جدا شده است. آنچه که در اینجا مورد‬ ‫نشینی الیه اتمی نامیده می شود استفاده می کند که یک روش کامال‬ ‫نیاز می باشد یک غیر هادی می باشد اما عایق گیت مناسبی برای‬ ‫ابتکاری می باشد. بدین صورت که از یک مولکول حامل شیمیایی که‬ ‫گالیم آرسناید موجود نمی باشد. در طول سالیان هر چند گاهی محققین‬ ‫به سطح هدف نصب می شود و به خود آن متصل نمی شود. چنین ماده‬ ‫به معرفی ماده مطلوب می پردازند اما تاکنون موفقیتی کسب نکرده‬ ‫شیمیایی روکشی به ضخامت یک مولکول را ته نشین می کند. چنین‬ ‫بودند.‬

‫رفتاری با مولکول حامل دوم، حامل اول را جدا می کندکه باعث شکل‬ ‫به راحتی می توان دریافت که یافتن عایق برای سیلیکون بسیار ساده‬ ‫گیری الیه ای به ضخامت دو اتم ماده مطلوب می گردد. با تکرار روند‬ ‫تر از گالیم آرسناید می باشد. دی اکسید سیلیکون یک اکسید طبیعی‬ ‫دو گاز حامل، جایگزینی یکی با دیگری، به سازندگان تراشه این امکان‬ ‫سیلیکون می باشد که به طور طبیعی هنگامی که سیلیکون در معرض‬ ‫را می دهد تا عایق گیت با ضریب باالی ‪ k‬مختلف بر روی سیلیکون‬ ‫اکسیژن قرار می گیرد یک پوشش بر روی آن ایجاد می کند.‬ ‫با دقت سطح اتمی ایجاد کنند.‬ ‫خوشبختانه دی اکسید سیلیکون تطابق شیمیایی خوبی با سیلیکونی که‬ ‫در سال 1002من و همکارم تصمیم به استفاده از عایق گیت با ضریب‬ ‫آنرا می پوشاند برقرار می کند. تنها یک از 000001 اتم سیلیکون در‬ ‫باال در این حالت ،اکسید آلومینیوم (3‪ )Al2O‬بر باالی گالیم آرسناید‬ ‫برقرای ارتباط با دی اکسید سیلیکون موفق نمی شود که باعث ایجاد‬ ‫با استفاده از دقت سطح اتمی گرفتیم که بسیار مورد توجه و پسند قرار‬ ‫باند آویزان (‪ )dangling bond‬می گردد.

این عیب جریان الکترون‬ ‫گرفت. سال 3002 تیم ما همچنان به مطالعه و بررسی بر سیستم های‬ ‫در کانال را منقطع می کند اما به قدری کم می باشد که باعث کاهش‬ ‫‪، Agere‬در ‪ Allentown Pa‬ادامه داد که در نهایت در آزمایشی که‬ ‫کارایی ترانزیستور نمی گردد.‬ ‫انجام دادیم به نتایج بسیار مطلوبتر از آنچه که انتظار داشتیم دست‬ ‫گالیم آرسناید یک داستان متفاوت می باشد. هنگام اکسید شدن، یک‬ ‫یافتیم.‬ ‫مخلوط مختلطی از 5‪ Ga2O3, As2O3, As2O‬را ایجاد می کند.‬ ‬ ‫ابتدا در سال 0691بعضی از محققین در صدد استفاده از اکسید محلی‬ ‫مقدور نشده است .آنچه که تعجب ما را برانگیخت این بود که رسوب‬ ‫برای عایق گیت بودند اما این روش غیر مفید تشخیص داده شد زیرا‬ ‫الیه اتمی امکان استفاده از 3‪ Al2O‬با عدم تغییر(جدایی) دراکسید‬ ‫اکسید محلی تمامی حالت های ترک (نقص) را در ارتباط با گالیم‬ ‫ذاتی از گالیم آرسناید را فراهم کرد.

دلیلی که محققان در دانشگاه‬ ‫آرسناید ایجاد می کند که قابلیت هدایت الکتریکی کانال را از بین‬ ‫تگزاس اخیرا جزئیات آنرا بیان کرده اند. این است که حامل اول‬ ‫می برد. به صورت واضح می توان گفت که نیاز به ماده بهتری برای‬ ‫که یک مولکول به نام ‪ trimethyl aluminum‬نامیده می شود‬ ‫ساخت‪ IC‬ها با ماسفت گالیم آرسناید می باشد.‬ ‫در اکسید ذاتی گالیم آرسناید ساییده می شود که با این وجود تمام‬ ‫محققین به تحقیق و تست دی اکسید سیلیکون، نیترید سیلیکون، اکسی‬ ‫اقدامات پیشگیرانه برای پوشش الیه انجام می شود. همانطوری که‬ ‫نیترید سیلیکون و اکسید آلومینیوم در میان مواد دیگر ادامه می دهند.‬
‫همه می دانند برای دوباره رنگ کردن سطح ابتدا باید مواد آغشته از‬ ‫همچنین در صدد اضافه کردن ماده سوم مانند گوگرد سیلیکون یا‬ ‫سطح آن جدا گردد.‬‫

‫با استفاده از ‪ trimethyl aluminum‬در حقیقت تمام موارد یعنی‬ ‫یک مشکل اساسی با این روش این می باشد که گالیم آرسناید ایندیم‬ ‫جداکردن، آماده کردن و رنگ کردن به صورت یکجا فراهم می گردد.‬ ‫دارای مشخصه مکانیکی ضعیفی می باشد به قدری ضعیف که ساختن‬ ‫در صورت تمایل به ایجاد پوشش که یک پرده ضخیم 3‪ Al2O‬تکرار‬ ‫ویفر را دچار مشکل می کند.
گالیم آرسناید خالص بسیار محکمتر‬ ‫روند ‪ trimethyl aluminum‬و حامل دوم ،ضد آب، در مراحل‬ ‫می باشد. تهیه کننده ویفر ما ‪، IQE‬قادر به رویارویی با این مانع توسط‬ ‫جایگزینی صورت‬ ‫ایجاد الیه نازکی‬ ‫می گیرد.‬ ‫از گالیم آرسناید‬ ‫در این روش هنگام‬ ‫ایندیم بر روی پایه‬ ‫ایجاد الیه ضخیمی‬ ‫ضخیمی از فسفید‬ ‫از اکسید آلومینیوم‬ ‫ایندیم گردید.این‬ ‫بر روی گالیم‬ ‫دو ترکیب دارای‬ ‫آرسناید از لیتوگرافی‬ ‫شبکه کریستالی در‬ ‫سنتی برای ایجاد‬ ‫اندازه مشابه می‬ ‫درین،گیت و سورس‬ ‫باشد بنابراین آنها‬ ‫و دیگر مولفه های‬ ‫به صورت معقول‬ ‫استفاده‬ ‫ماسفت‬ ‫به یکدیگر متصل‬ ‫می کنیم و پروسه‬ ‫می گردندو مشخصه‬ ‫خاصی مورد نیاز نمی‬ ‫فسفید‬ ‫مکانیکی‬ ‫باشد .ترانزیستور‬ ‫ایندیم ایده آل نمی‬ ‫ایجاد شده با مشکل‬ ‫باشد اما به قدری‬ ‫مواجه خواهد شد و‬ ‫خوب می باشد که‬ ‫نمی تواند جریان بیشتری از کانال نسبت به نوع قبلی از خود عبور دهد.‬

‫امکان ساختن ترانزیستورهای تست مختلف را به ما می دهد.‬ ‫سه و نیم سال پیش هنگامی که به ‪ Purdue‬آمدم به همراه ‪Yi‬‬ ‫پاسالک و همکارش در دانشگاه ‪ Glasgow‬در طی چند سال اخیر‬ ‫‪ Xuan‬محقق فوق دکتری در گروه تحقیقاتی من در صدد حل مشکل‬ ‫آزمایش هایی با گالیم آرسناید ایندیم با استفاده از عایقاکسید گالیم-‬ ‫قابلیت جریان ضعیف آن بر آمدیم در آن زمان اینتل اعالم داشت‬ ‫اکسید گادولینیم انجام داده اند. هونگ که اکنون در دانشگاه ملی‬ ‫که مهندسین آن به صورت جدی استفاده از نیمه هادی های ستون‬ ‫‪ TsingHwa‬در تایوان می باشد به بررسی بر روی این ترکیب ادامه‬ ‫‪ III-V‬را بررسی می کنند. ‪ IBM‬نیز در این زمینه اقداماتی انجام‬ ‫می دهد . این ماسفت ها دارای قابلیت منطقی خوبی برای حمل جریان‬ ‫می دهد. تالش برای بهبود سرعت در کاربردهای دیجیتال برای نیمه‬ ‫می باشند که ساختن آن دشوار می باشد. مشکل از آنجائی ناشی‬ ‫هادی ستون ‪ III-V‬صورت گرفت.
با وجود این کسی نظر واضح و‬ ‫می شود که آنها نیاز به دو عملکرد تکنیک رسوب خال زیاد دارند‬ ‫مشخصی برای دستیابی به قابلیت جریان مناسب برای ماسفت های‬ ‫که پرتو مولکولی هم بافته ( ‪ )MBE‬نامیده می شود:یکی برای مستقر‬ ‫‪ III-V‬ارائه نکرد. رقابت برای افزایش کارایی صورت گرفت بدین‬ ‫شدن گالیم آرسناید ایندیم و دیگری برای پوشانیدن آن با اکسید گیت‬ ‫معنی که الکترون از سورس به درین زمانی جریان می یابد که ولتاژ‬ ‫می باشد. اجرای دو مرتبه‪ MBE‬در حالی که قطعات را در خال قرار‬ ‫به گیت اعمال شود .‬
‫
در آزمایشگاه عملی می باشد اما برای تولید صنعتی مشکل‬ ‫بر اساس مطالب انتشار یافته و حالت تخلیه ماسفت که هنگام اعمال‬ ‫ساز می باشد.‬ ‫ولتاژ به گیت خاموش می شود متوجه کارایی بهتر عناصر نیمه هادی‬ ‫گروه تحقیقاتی در دانشگاه ملی سنگاپور و در ‪ IBM‬در حال پیگیری‬ ‫گالیم آرسناید ایندیم در کانال شدیم. در این ترکیب، اتم های ایندیم با‬ ‫طراحی دیگری می باشند که با افزودن الیه ای از سیلیکون بی شکل‬ ‫گالیم تا در جه ای جایگزین می شوند که به صورت قراردادی تنظیم‬ ‫میان نیمه هادی و عایق گیت می باشد. این روش مشابه با یک‬ ‫شوند. می توان بیشتر از اتم های ایندیم یا گالیم و یا به صورت ترکیب‬ ‫استراتژی می باشد که دو دهه قبل اجرا شد و مشابه با روشی می باشد‬ ‫تکنولوژی های نوین - مجله تخصصی نــویز‬ ‫05 :05 از هر دو با اتم های آرسنیک استفاده کرد.‬ ‫که در دانشگاه تگزاس در ‪ Austin‬ودر دانشگاه نیویورک در آلبانی‬ ‫استفاده از ایندیم این امکان را به ما می دهد تا مشخصات مناسب‬ ‫در حال جرا می باشد.‬ ‫برای الیه الکترونیکی به جای مواد مشخص شده قبلی طرح واجرا‬ ‫بعضی از محققین در صدد یافتن نوع متفاوتی از ترانزیستورهای اثر‬ ‫کنیم. پس از آزمایش های بسیار ترکیبی که دارای نسبت 53: 56‬ ‫میدان مناسب ‪ III-V‬برای کاربردهای دیجیتال که بدون اکسید‬ ‫ایندیم به گالیم می باشد با استفاده از آن می توانیم ماسفتی با جریان‬ ‫گیت عمل می کند می باشند.

این قطعه مشابه با ‪ HEMT‬ها‬ ‫بیشتر از 1آمپر در ضخامات یک میلیمتر بسازیم که بیشترین جریانی‬ ‫می باشد که نیمه هادی مانعی بین گیت و یک کانل رسانای باال بدون‬ ‫می باشد که تاکنون در ماسفت های گالیم آرسناید حاصل شده است‬ ‫ناخالصی ایجاد می کند. اینتل و‪ QinetiQ‬به کارایی بسیار باالیی با‬ ‫و این به قدری بزرگ می باشد که پارامترهای اولیه آنالیز نیمه هادی‬ ‫ترانزیستورهایی که به این روش با استفاده از یک کانال آنتیمون ایندیم‬ ‫را در خارج از مقیاس قرار می دهد.‬ ‫ایجاد شده است دست یافتند.‬ ‫‪www.ECA.ir‬‬ ‫5‬ ‫فراتر از منطق اصلی سیلیکون‬ ‫تالش های زیادی در سرتاسر دنیا برای ایجاد نیمه هادی ‪ III-V‬به و تطبیق انواع مختلف نیمه هادی در ویفر منفرد را بیابند.

شاید تولید‬ ‫جای محدوده منحصر بفرد سیلیکون صورت می گیرد. برای انجام این کنندگان تراشه ترکیبی از گالیم آرسناید ایندیم و ژرمانیوم در بستری‬ ‫تحقیقات در دانشگاه های مختلف مراکز تحقیقاتی ایجاد شده است.‬ ‫از سیلیکون یا شاید پیچیده تر را ایجاد خواهند کرد.‬ ‫پیشرفت قابل توجهی قبل از اینکه هر کدام از نوع جدید ترانزیستورهای‬ ‫اثر میدان همتای سیلیکونی کند خود در میکرو پروسسورها ،تراشه منبع :‬ ‫حافظه و ‪IC‬های دیگر جایگزین کنند مورد نیاز است.

منابع:
‪http://spectrum.ieee.org/computing/hardware‬‬
‫‫‪beyond-silicons-elemental-logic
مترجم : امیرعلی بلورچیان