الکترونیک در جهنم؛ ترانزیستور جدید کیوتو در دمای ۶۰۰ درجه کار می‌کند

پژوهشگران با تغییر ساختار یک ترانزیستور سیلیکون کاربیدی، اختلاف ولتاژ آستانه آن را در دمای ۴۰۰ درجه به کمتر از ۰.۱ ولت رسانده‌اند و موفق شده‌اند نمونه‌ای بسازند که در دمای ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد نیز کار می‌کند.

پژوهشگران دانشگاه کیوتو موفق به ساخت ترانزیستوری از جنس سیلیکون کاربید (SiC) شده‌اند که می‌تواند در دمای خیره‌کننده ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد به کار خود ادامه دهد. این دستاورد می‌تواند راه را برای ساخت مدارهای الکترونیکی مقاوم در برابر حرارت شدید، از موتورهای توربین گاز گرفته تا تجهیزات مورد استفاده در محیط‌های بسیار داغ مانند سطح زهره، هموار کند.

نکته مهم در این پژوهش، استفاده از کاشت یونی (Ion Implantation) برای ساخت ترانزیستور است؛ روشی که در کارخانه‌های تولید تراشه امروزی نیز به‌طور گسترده استفاده می‌شود و از نظر تولید انبوه، مزیت مهمی نسبت به فرآیندهای کاملاً اختصاصی دارد.

یکی از اصلی‌ترین مشکلات ترانزیستورهای SiC بالاخره حل شد

به گزارش وب‌سایت tomshardware، پژوهشگران برای حل یکی از مشکلات اصلی ترانزیستورهای SiC، از ساختار گیت پایین (Bottom-Gate) استفاده کرده‌اند. در معماری‌های معمول، بخشی از ناخالصی‌هایی که هنگام کاشت یونی وارد ماده می‌شوند، عمیق‌تر از محل مورد انتظار نفوذ می‌کنند و باعث ایجاد خطایی بیش از ۲ ولت میان ولتاژ آستانه طراحی‌شده و مقدار واقعی می‌شوند. ساختار جدید توانسته این اثر را کنترل کند و در دمای ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد، اختلاف ولتاژ آستانه را به کمتر از ۰.۱ ولت کاهش دهد.

این ترانزیستور همچنین از یک ساختار Double-Well برای جداسازی هر قطعه استفاده می‌کند. این روش مانع عبور جریان نشتی از بستر سیلیکون کاربیدی می‌شود؛ مشکلی که با افزایش دما در ساختارهای متداول شدیدتر می‌شود. پژوهشگران اعلام کرده‌اند جریان نشتی باقی‌مانده تقریباً به حد نظری تعیین‌شده توسط ویژگی‌های خود ماده SiC نزدیک شده است.

البته این فناوری هنوز آماده استفاده تجاری نیست. ترانزیستور ساخته‌شده از نوع Normally-On است و بدون اعمال ولتاژ به گیت نیز جریان را عبور می‌دهد؛ ویژگی‌ای که برای طراحی مدارهای کم‌مصرف مناسب نیست. تیم دانشگاه کیوتو اکنون به دنبال ساخت نسخه‌های Normally-Off و توسعه مدارهای مکمل با مصرف انرژی پایین‌تر است.

در همین رابطه بخوانید:

- بهترین پردازنده (CPU) در بازار ایران
- هر آنچه باید در مورد انواع تراشه‌های پردازنده بدانیم

پایداری طولانی‌مدت در دمای بالا و بسته‌بندی مقاوم در برابر حرارت نیز از چالش‌های مهم باقی‌مانده هستند، اما این دستاورد نشان می‌دهد سیلیکون کاربید می‌تواند به یکی از گزینه‌های مهم برای الکترونیک در محیط‌های فوق‌داغ تبدیل شود.