تظهر الحسابات الجديدة على المستوى الذري أن الترانزستورات يمكن أن تتقلص إلى أقل من 4 نانومتر
طور باحثون في المعهد الكوري للعلوم والتكنولوجيا طريقة تعتمد على المحاكاة للتنبؤ بمدى صغر حجم الترانزستورات المستقبلية قبل أن تبدأ التأثيرات الكمومية في التدخل في عملها، وهو إنجاز يمكن أن يساعد المهندسين على تصميم الجيل التالي من رقائق أشباه الموصلات بشكل أكثر كفاءة. استخدم الفريق حسابات ميكانيكية الكم على المستوى الذري لتحديد حدود قياس الترانزستورات، وهي المفاتيح الصغيرة التي تتحكم في تدفق الكهرباء في الأجهزة الإلكترونية. يمكن أن تساعد النتائج صانعي الرقائق على الاستمرار في تقليص الترانزستورات إلى ما هو أبعد من العقد التكنولوجية الحالية مع تقليل تكاليف التجربة والخطأ أثناء التطوير. ومع دخول صناعة أشباه الموصلات ما يسمى بعصر 2 نانومتر، تظل الأبعاد الفيزيائية للترانزستورات أكبر بكثير من 2 نانومتر. واحدة من أكبر العوائق أمام المزيد من التصغير هي النفق الكمي، وهي ظاهرة تتسرب فيها الإلكترونات عبر حواجز من شأنها أن تحجبها عادة، مما يجعل من الصعب التحكم في تدفق التيار. لقد كان فهم أين يقع هذا الحد أمرًا صعبًا لأنه يكاد يكون من المستحيل قياس التفاعلات على المستوى الذري التي تحدث بشكل مباشر حيث تتصل الاتصالات المعدنية بقنوات أشباه الموصلات. مطاردة الحدود الذرية للتغلب على هذا التحدي، اعتمد فريق KAIST على حسابات المبادئ الأولى، وهو نهج حسابي يتنبأ بالسلوك المادي باستخدام قوانين الفيزياء بدلاً من البيانات التجريبية. بناءً على إطار تم تطويره مسبقًا يُعرف باسم النظرية الوظيفية لكثافة البحث المقيدة متعددة المساحات (MS-DFT)، أجرى الباحثون تجارب على طريقة طول النقل الافتراضي، وهي تقنية قياسية تستخدم لقياس مقاومة التلامس بين الأقطاب الكهربائية المعدنية ومواد أشباه الموصلات. سمحت عمليات المحاكاة للفريق بفحص كيفية تحرك الإلكترونات عبر واجهات أشباه الموصلات المعدنية وتحديد طول النفق الحرج، وهي النقطة التي يبدأ عندها تسرب الإلكترون في التأثير على أداء الترانزستور. طبق الباحثون هذه الطريقة على ثاني كبريتيد الموليبدينوم أحادي الطبقة (MoS2)، وهو شبه موصل ثنائي الأبعاد يُعتبر مرشحًا واعدًا لقنوات الترانزستور المستقبلية لأنه يمكن تصنيعه بسماكة الطبقة الذرية. أظهر تحليلهم أن اختراق الإلكترون للقناة يختلف اعتمادًا على اختيار القطب المعدني والبنية الذرية لواجهة الاتصال. ونتيجة لذلك، فإن الحد الأدنى لحجم الترانزستور الذي يمكن تحقيقه ليس ثابتًا ولكنه يعتمد على اختيار المواد وتصميم الجهاز. ما وراء العقد الحالية وفقًا للدراسة، يتغير طول النفق الحرج بناءً على وظيفة عمل المعدن وهندسة هيكل الاتصال. وهذا يعني أن المهندسين يمكنهم ضبط حدود قياس الترانزستور عن طريق اختيار مواد مختلفة وتكوينات الواجهة. ومن بين المجموعات التي تمت دراستها، وجد الفريق أنه يمكن منع تسرب الإلكترون عند أبعاد أقل من 4 نانومتر، مما يشير إلى إمكانية توسيع حجم الترانزستورات المستقبلية إلى أبعد مما تسمح به التقنيات الحالية. واقترح الباحثون أيضًا استراتيجية تصميم تجمع بين أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد بخصائص مختلفة لتقليل استهلاك الطاقة في الرقائق المستقبلية. قال البروفيسور يونج هون كيم: “هذه الدراسة مهمة لأنها تقدم معيارًا فيزيائيًا جديدًا لتحديد مدى صغر حجم ترانزستورات الجيل التالي”. “من خلال التحليل الحسابي للظواهر الميكانيكية الكمومية في نظام أقل من 10 نانومتر، والتي يصعب التحقيق فيها تجريبياً، فقد فتحنا الطريق نحو استخدام هذه النتائج في تصميم الترانزستور من الجيل التالي.” يعتقد الفريق أن هذا النهج يمكن أن يوفر لمصممي الرقائق منصة للتنبؤ بأداء الترانزستور وحدود القياس قبل بدء التصنيع، مما قد يؤدي إلى تقصير دورات التطوير للذكاء الاصطناعي المستقبلي ورقائق الحوسبة عالية الأداء.
تم النشر: 2026-06-17 00:57:00
