به گزارش برنا به نقل از ساینس دیلی، تیمی از پژوهشگران در مؤسسه ملی علوم مواد ژاپن (NIMS) موفق به ساخت نخستین ترانزیستور MOSFET نوع n با پایه‌ی الماس در جهان شدند.
این دستاورد مهم، گامی بزرگ در مسیر تحقق مدار‌های مجتمع مکمل فلز-اکسید-نیمه‌رسانا (CMOS) بر پایه‌ی الماس به‌شمار می‌رود که زمینه‌ساز استفاده از این فناوری در شرایط محیطی بسیار سخت و توسعه‌ی نسل جدیدی از تجهیزات الکترونیکی قدرت مبتنی بر الماس خواهد بود.
الماس به‌عنوان یک نیمه‌رسانا، دارای ویژگی‌های فیزیکی برجسته‌ای از جمله پهنای باند انرژی بسیار بالا (۵/۵ الکترون‌ولت)، تحرک بالای حامل‌ها، و رسانایی گرمایی عالی است. این ویژگی‌ها، الماس را به گزینه‌ای بسیار امیدبخش برای کاربرد‌های نیازمند عملکرد و اطمینان بالا در محیط‌های شدیداً دشوار مانند دما‌های بسیار بالا یا تابش‌های هسته‌ای شدید (نزدیک به هسته راکتور‌های اتمی) تبدیل کرده است.
برتری‌های فنی و مزیت‌های محیطی
فناوری نیمه‌رسانای الماس، نه‌تنها نیاز به سیستم‌های پیچیده‌ی مدیریت گرما را نسبت به نیمه‌رسانا‌های رایج کاهش می‌دهد، بلکه با افزایش بهره‌وری انرژی، مقاومت بیشتر در برابر ولتاژ شکست، و دوام بالاتر در شرایط سخت، جایگاه ممتازی در الکترونیک قدرت آینده خواهد داشت.
افزایش تقاضا برای مدار‌های مجتمع الماسی
با توسعه فناوری‌های رشد الماس و کاربرد‌های فزاینده در حوزه‌هایی مانند الکترونیک قدرت، اسپینترونیک، و حسگر‌های ریزالکترومکانیکی (MEMS) که باید در دما‌های بالا و در معرض تابش شدید فعالیت کنند، نیاز به طراحی و ساخت مدار‌های جانبی مبتنی بر فناوری CMOS الماسی به‌طور چشمگیری افزایش یافته است. همانند فناوری سیلیکونی، برای ساخت مدار‌های مجتمع CMOS نیاز به هر دو نوع ترانزیستور‌های p-channel و n-channel است. در حالی‌که ترانزیستور‌های نوع p با پایه الماس پیش‌تر توسعه یافته بودند، نوع n آن تاکنون ساخته نشده بود.
اکنون تیم تحقیقاتی NIMS موفق شده با استفاده از تکنیکی خاص، نیمه‌رسانای الماسی نوع n با کیفیت تک‌بلوری و سطوح صاف در مقیاس اتمی تولید کند. در این فرآیند، الماس با غلظت بسیار کمی از عنصر فسفر (phosphorus) آلاییده می‌شود.
ساختار، طراحی و آزمایش عملکرد
این ترانزیستور MOSFET جدید، از یک لایه نیمه‌رسانای الماسی نوع n تشکیل شده که بر روی لایه‌ای دیگر از الماس با غلظت بالای فسفر قرار گرفته است. استفاده از این لایه‌ی زیرین باعث کاهش چشمگیر مقاومت تماس در ناحیه‌های منبع و تخلیه (source and drain) شده است. آزمایش‌های انجام‌شده تأیید کردند که این دستگاه به‌درستی به‌عنوان یک ترانزیستور نوع n عمل می‌کند.
علاوه بر این، عملکرد حرارتی این ترانزیستور نیز بررسی شد و نتایج نشان دادند که تحرک میدان الکتریکی (field-effect mobility) آن در دمای ۳۰۰ درجه سلسیوس به حدود ۱۵۰ سانتیمتر مربع بر ولت در ثانیه می‌رسد؛ که این عدد، یکی از شاخص‌های کلیدی برای سنجش کیفیت ترانزیستور است.
دستاورد این تیم تحقیقاتی می‌تواند زمینه‌ساز توسعه مدار‌های مجتمع CMOS مبتنی بر الماس برای ساخت تجهیزات الکترونیکی قدرت با بهره‌وری بالا، ابزار‌های اسپینترونیک و حسگر‌های MEMS باشد که بتوانند در محیط‌های بسیار سخت عملکرد پایدار و قابل اطمینانی داشته باشند.
- 17
- 3
