چهارشنبه گذشته یک روز تاریخی برای نانو فناوری بود، چراکه پژوهشگران موفق شدند اولین رایانه نانو لوله کربنی که به راستی کار می کند را بسازند؛ دست یافته های این آزمایش در مجله علمی و معتبر Nature به چاپ رسیده .
همین چند روز پیش بود که مطلبی درباره نانو لوله های کربنی داشتیم و گفتیم محققان یک دانشگاه آمریکایی توانسته اند به کمک آنها ترانزیستورهای شبه CMOS بسازند و در ساختیک گیت منطقی استفاده کنند؛ و حالا هم این خبر هیجان انگیز منتشر شده. با این اوصافبه نظر می رسد موضوع کاربرد کربن در ساخت ترانزیستورها جدی تر از آن چیزی ست که فکر می کردیم.
علت این کار، نزدیک شدن به آخرهای دوران سیلیکون و تراشه های سیلیکون-پایه است. می دانیم که برای دست یابی به بسامد کلاک بالاتر و کاهش اتلاف توان در تراشه های الکترونیک ناگزیر از کوچکتر کردن آنها هستیم. اما مسئله این است که تا کجا می توان به این روند ادامه داد و ترانزیستورهای کوچکتری تولید کرد؟
جواب این است که خیلی تا رسیدن به آستانه تحمل عنصر سیلیکون نمانده چراکه کوچک کردن ترانزیستور از یک حد به بعد، میسر نیست و اثرات کوانتومی جلوی پیش روی بیشتر را می گیرند.
اجازه بدهید با یک مثال توضیح بدهیم؛ فرض کنید شما را داخل اتاقی زندانی کرده اند و برای فرار، لازم است از دیوار بتونی زندان عبور کنید. حالا اگر با دست های خود به دیوار فشار بیاورید چه اتفاقی می افتد؟ در دنیای ما هیچ. حتماً در نمایش های شعبده بازی دیده اید که شعبده باز دست هایش را روی دیوار می گذارد و آنقدر فشار می آورد تا وارد دیوار شده و از آن عبور کند؛
در دنیای کوانتومی هم به همین صورت است. یعنی اگر در مقیاس کوانتومی باشید و بتوانید به حد کافی به دیوار زندان فشار وارد کنید حتماً موفق به گذشتن از دیوار می شوید.
در واقع اگر کمی از ترانزیستورها اطلاع داشته باشید می دانید که ترانزیستور یک ناحیه سد دارد تا جلوی عبور ناخواسته الکترون ها را بگیرد. وقتی شما ترانزیستور را کوچک و کوچکتر می کنید در حقیقت مدام دارید این دیواره را نازکتر می کنید. بالطبع هرچه دیواره نازک تر شود به نیروی کمتری برای عبور از آن لازم است. الکترون های گیر کرده پشت این سد، مدام به آن فشار می آورند؛ اگر دیواره شما از حدی نازکتر باشد، گذشتن الکترون ها از ناحیه سد ترانزیستور حتمی خواهد بود و عملکرد سوییچینگ (قطع و وصل جریان الکتریک) آن مختل می شود.
نسل بعدی ترانزیستور های Core اینتل (Bradwell)، چهارده نانومتری خواهد بود. فیزیک دانانِ الکترونیک نهایتاً ۷ نانومتر را [آن هم با فناوری بسیار پیشرفته و به سختی] حد ایستادگی ناحیه سد ترانزیستور سیلیکونی در برابر فشار الکترون می دانند. با روند شتاب زده رشد علم، ۱۰ و در خوش بینانه ترین حالت ۲۰ سال به پایان عمر سیلیکون در صنعت الکترونیک باقی مانده. این را هم در نظر بگیرید که فناوری باید همیشه یک الیٔ دو نسل از بازار مصرف جلوتر باشد، پس برای جایگزین کردن سیلیکون فرصت زیادی نمانده.
اما کربن به علت ساختار مستحکمش در مقیاس های کوچکتر هم قابلیت استفاده دارد و چون رسانای بهتری از سیلیکون هم هست می توان در عین کوچکتر کردن توانزیستورها امید داشت که اتلاف توان و گرم شدن دستگاه ها هم کاهش چشم گیری داشته باشد.
این فناوری بسیار جوان است و با مشکلات زیادی دست و پنجه نرم می کند. در اصل هنوز خیلی مانده تا آن را «جایگزین سیلیکون» بنامیم. محققان امیدوارند طی ۱۰-۱۲ سال آینده بتوانند اشکالات و مسائل استفاده از نانو لوله های کربنی را رفع کنند تا امکان استفاده از آنها در مدارات و قطعات الکترونیک به وجود بیاید.
