Berkeley’den araştırmacıların geliştirdiği 1 nanometre (nm) karbon nanotüp geçite ve grafen gibi iki boyutlu bir malzeme olan molibden disülfür (MoS2) kanala sahip transistör konsepti 5 nm altı transistörlerin önünü açacak.
Bir transistörün büyüklüğü bilgisayar teknolojisinin gelişimi açısından önemlidir. Daha küçük transistörler sayesinde bir çip üzerinde daha fazla sayıda transistörü yerleştirebilirsiniz. Bu elbette ki işlemcinizin daha hızlı ve daha verimli olmasına yol açacaktır. Bilgisayarınızın daha hızlı olmasını istemez misiniz? İşte transistörlerle ilgili bu tür gelişmeler sizleri aslında yakından ilgilendiriyor. Fizikçiler ve elektronik mühendisleri ilk germanyumdan yapılan transistörden bu yana bu elektriksel aygıtların boyutlarını düşürmeye çalışmışlardır. Şimdiye kadar da önemli gelişmeler kat ettikleri söylenebilir. Belki duymuş olabilirsiniz, transistörlerin gelişimi üzerine 1965 yılında Gordon Moore tarafından öne sürülmüş bir Moore Yasası vardır. Bu yasa bir yarıiletken devredeki transistörlerin sayısının her geçen yaklaşık iki yılda ikiye katlanacağını öne sürüyor. Günümüz teknolojisi 14 nm ölçeğine kadar gelmiş durumda ve Intel’in 2017 veya 2018 yılında piyasaya süreceği 10 nm transistör teknolojisi ile Moore Yasası’nın öngörüleri hâlâ geçerli gibi görünüyor. Ancak bu yasanın önünde bazı problemler var, şu an bu endüstri silisyum temelli ilerlemekte ve bu malzeme ile siz ancak 5 nanometreye kadar bir transistör üretebilirsiniz. Çünkü 5 nm’den daha küçük bir silisyum transistörde elektronlar büyük ihtimalle kuantum tünellemeye uğrayabilirler. Elektronları kontrol etmesi gereken geçit bu durumda bir elektron havuzuna dönüşeceği için bir transistörü kapalı duruma sokmak pek de mümkün olmayacak. Bu durum bir transistörün bir işlemci içindeki çalışma prensibine oldukça ters.
Transistörler çeşitli türlerde farklı uygulamalara sahiptir. Bu habere konu olan transistör bir tür alan etkili transistördür. Bu transistörlerin kaynak, akaç ve geçit adı verilen üç girişi vardır. Geçitin altında, bir yarıiletken arayüzeyinde elektronların kaynaktan akaca akıp geçtiği bir de kanal vardır. Eğer elektronların akışını bir boruda akan sıvıya benzetirsek, burada geçit vana, valf görevi görerek elektronların bu akışını kontrol etmemizi sağlar. Dolayısıyla, transistörlerde geçitin görevi önemlidir, uzunluğu da kaynak ile akaç arasındaki uzaklığı belirlediği için çok ama çok küçük transistörler yapmak istiyorsak, geçit uzunluğunu da olabildiğince azaltmamız gerekiyor.
ABD Enerji Bakanlığı’nın Berkeley Ulusal Laboratuvarı’ndan Ali Javey liderliğindeki bir araştırma grubu sadece 1 nm uzunluğa sahip geçit ile çalışan bir transistör ürettiler. Bu uzunluktaki bir geçit şimdiye kadar ki bildirilen en küçük olanı.
Transistörün yan kesitine ait aktarmalı elektron mikroskobu görüntüsü. 1 nm uzunluğundaki karbon nanotüp geçit ve zirkonyum dioksit ile ayrılmış MoS2 yarıiletkeni görülüyor. (Credit: Qingxiao Wang/UT Dallas)
1 nm-geçit transistörün uygun malzemelerin seçilmesi ile mümkün olabileceği Science dergisinde geçtiğimiz ay yayınlanan makaledeki araştırma sayesinde gösterildi. Araştırmacılar ürettikleri aygıtta yaklaşık 1 nm çapa sahip metalik karbon nanotüp ve atomik kalınlıkta (0.65 nm) MoS2 kullandılar. Burada elektronların içinden geçtiği yarıiletken malzeme olarak MoS2 ve bu elektronların akışını kontrol eden geçit elektrodu için de karbon nanotüp kullanılmasıyla transistör çalışmalarındaki bu önemli gelişme gerçekleştirildi. Söz konusu bu çalışma hâlâ ilk geliştirme aşamasında. 14 nm teknolojisinde, tek bir çip üzerinde bir milyarın üzerinde transistör olduğu düşünülürse Berkeley Laboratuvarı’ndan araştırmacıların bu yeni 1 nm transistörleri seri üretim ile üretmelerinin bir yolunu geliştirirseler, hatta onları bir çip üzerinde kullanabilirseler, böyle bir durumda, nanotüp geçitlere sahip milyarlarca MoS2 transistör bir çipte çalışabilecek. Bu da yaptıkları çalışmanın gelecekte ne kadar önemli olacağını ortaya koyuyor. Bu süreç gelecek bilgisayarların daha güçlü ve verimli olmasına olanak verebilir.
Gökhan Atmaca, MSc.
Takip: twitter.com/kuarkatmaca
İletişim: facebook.com/anadoluca
Referanslar:
Chaim Gartenberg, The world’s smallest transistor is 1nm long, physics be damned, The Verge
Lawrence Berkeley National Laboratory
Berkeley Lab-led team fabricates transistor with record 1nm-long gate, Semiconductor Today
Douglas Natelson, What do LBL’s 1 nm transistors mean?
