باحثون صينيون يكشفون عن أصغر ترانزستور متعلق بالعازل الكهربائي الشفاف في العالم ببوابة 1 نانومتر

قام فريق من الباحثين من جامعة بكين والأكاديمية الصينية للعلوم بتطوير أصغر ترانزستور متعلق بالعازل الكهربائي الشفاف في العالم، ونجح في تقليص طول البوابة إلى نانومتر واحد فقط. يعمل جهاز البوابة النانوية هذا – الذي تم تفصيله في مجلة Science Advances – بجهد 0.6 فولت فقط، متغلبًا على عنق الزجاجة الحرج في استهلاك الطاقة في صناعة أشباه الموصلات.

تعمل الرقائق المنطقية الحديثة بكفاءة عند حوالي 0.7 فولت. ومع ذلك، فإن الذاكرة السائدة غير المتطايرة، مثل NAND flash، تتطلب عادةً 5 فولت أو أعلى لإجراء عمليات الكتابة. حتى ترانزستورات تأثير المجال الكهروضوئي السابقة (FeFETs) كانت تتطلب أكثر من 1.5 فولت. يؤدي عدم تطابق الجهد هذا إلى ظهور دوائر تصاعدية معقدة، مما يؤدي إلى إهدار مساحة وطاقة قيمة. في شرائح الذكاء الاصطناعي النموذجية، يتم استخدام 60-90% من إجمالي استهلاك الطاقة فقط لنقل البيانات بدلاً من الحساب الفعلي.

لحل هذه المشكلة، استخدم فريق البحث، بقيادة تشيو تشينغوانغ وبنغ ليانماو، أنابيب نانوية معدنية أحادية الجدار كأقطاب كهربائية للبوابة. يعمل هذا التصميم كطرف نانوي، حيث يقوم بتركيز المجال الكهربائي لتعزيز الاقتران بين الطبقة الكهروضوئية والقناة.

يسمح هذا التحسين للمجال للجهاز بقلب حالة الاستقطاب عند 0.6 فولت فقط – أقل من الجهد المنطقي القياسي – مع الحفاظ على المناعة ضد تأثيرات القناة القصيرة.

ثاني كبريتيد الموليبدينوم الناتج (MoS₂) تعرض FeFETs أداءً فائقًا للذاكرة، حيث تتميز بنسبة تشغيل/إيقاف تيار تبلغ 2 مليون وسرعة برمجة سريعة تبلغ 1.6 نانو ثانية. ومن خلال تحقيق توافق الجهد بين وحدات الذاكرة والوحدات المنطقية، تلغي هذه التقنية الحاجة إلى دوائر مضخة شحن إضافية، مما يؤدي إلى إزالة العوائق التي تحول دون تفاعل البيانات عالي السرعة.

وفقًا للباحثين، فإن المبدأ الأساسي ينطبق على المواد الكهروضوئية السائدة ويتوافق مع عمليات التصنيع الصناعية القياسية. ويحمل هذا الإنجاز آثارًا كبيرة على مستقبل الاستدلال على النماذج الكبيرة، وذكاء الحافة، والأجهزة القابلة للارتداء، حيث تكون كفاءة استخدام الطاقة أمرًا بالغ الأهمية.