فناوری نانو در رایانه
(قسمت دوم)
بررسی ترانزیستورها در مقیاس نانو
ترانزیستورها اجزای اصلی سیستم های حافظه می باشند. ساخت ترانزیستورهای کوچک تر همواره از نیازهای امروزی انسان بوده است. سرعت پردازشگرها رابطه مستقیمی با تعداد ترانزیستورهای آن دارد. با کاهش اندازه ترانزیستور، تعداد بیشتری از آن بر روی یک سطح جای می گیرد و این باعث افزایش سرعت پردازشگرهای اطلاعات در مدارهای الکترونیکی و کاهش اندازه آن ها می شود. دانشمندان همواره در تلاشند که راهکارهای جدیدی برای کاهش اندازه ترانزیستورها پیداکنند. یکی از راهکارهای مهم برای آنها به کارگیری فناوری نانو می باشد. ساخت ترانزیستورها در ابعاد نانو در محدوده ی مکانیک کوانتوم می باشد. محدوده ای که قوانین کلاسیک به کار نمی آیند و به کلی دچار تغییر می شوند.
بین اندازه ترانزیستورها در هر 18 ماه رابطه ای خاص وجود دارد که همان قانون مور است. قانون مور بیان می کند که به طور متوسط در هر هجده ماه تعداد ترانزیستورها در یک سطح دوبرابر می شود. به عبارت دیگر اندازه ترانزیستورها نصف می شود. ولی آیا این روند ادامه خواهد داشت؟
عمر قانون مور پایان می پذیرد. در این زمان مشکل کوچک کردن تراشه ها، ابعاد اتم سیلسیوم است. بنابر این یا باید از روش های از پایین به بالا استفاده کنیم و یا از ساختارهای دیگر بهره ببریم. هر دو مورد در محدوده کار با فناوری نانو هستند. با استفاده از این فناوری میتوان ظرفیت ذخیرهسازی اطلاعات را در حد 1000 برابر یا بیشتر افزایش داد که این نهایتاً به ساخت ابزارهای ابرمحاسباتی به کوچکی یک ساعت مچی منتهی میشود. ظرفیت نهایی ذخیره اطلاعات به حدود یک ترابایت در هر اینچ می رسد و این امر موجب ذخیره سازی حافظه 50 دی وی دی و یا بیشتر در یک هاردیسک با ابعاد یک کارت اعتباری می شود.
محققان ترانزیستورهایی را طراحی نموده اند که از نانولوله های کربنی استفاده کرده است و این ترانزیستورها پیشرفت های وسیعی را نسبت به ترانزیستورهای مرسوم سیلیکونی نشان می دهند. نانولوله های کربنی در مقیاس آزمایشگاهی دو برابر مقدار جریان الکتریکی را نسبت به بهترین ترانزیستورهایی که در بازار وجود دارد انتقال داده اند.
ترانزیستورهای مولکولی آجر بناهای الکترونیک در مقیاس نانومتری خواهند بود. هر یک از مولکول ها می توانند جریان را مانند یک سیم نازک انتقال دهند.
این مولکول ها با یک واکنش اکسایش و کاهش تغییر آرایش داده و روشن می شوند. هر اتصال یک پیوند را نشان می دهد. بنابراین انواع مدارهای ترانزیستوری با این ترکیب مولکولی در ابعادی بسیار ریزتر شکل می گیرند.
به منظور کوچک سازی بیشتر اجزای مدار به مقیاس نانو، شاید حتی مقیاس مولکولی، محققان چندین جایگزین برای ترانزیستور در مدار فوق فشرده، پیشنهاد داده اند. این وسایل الکترونیک نانومقیاس شبیه ترانزیستورهای حال حاضر، هم به عنوان سوئیچ و هم به عنوان تقویت کننده عمل می کنند. اما، بر خلاف ترانزیستورهای اثر میدانی امروزی، که بر اساس حرکت توده الکترون در ماده حجیم عمل می کند، وسیله جدید، از پدیده های مکانیک کوانتومی سود می برد که در مقیاس نانو اتفاق می افتد.
ساخت نانو ترانزیستورها
در ساخت نانوترانزیستورها از نانولوله های کربنی زیگزاگ و نامتقارن به دلیل نیمه رسانا بودن، استفاده می شود. مواد استفاده شده در کانال ترانزیستورهای رایج معمولا جابجائی الکترونی پایینی از خود نشان می دهند و بنابراین برای دستگاه های الکترونیکی با سرعت عملکرد بالا، نامناسب می باشند. عملکردهای اولیه ترانزیستور توسعه یافته جدید مورد تائید قرار گرفته است که در آن از نانولوله ها به عنوان مواد داخل کانال ترانزیستور استفاده شده که منجر به افزایش 100 برابری جابجایی الکترونی نسبت به ترانزیستورهای معمولی گشته است. همچنین به دلیل اندازه کوچک آن ها اگر هر نانولوله تنها یک بایت حافظه رادر خود جای دهد، بر روی یک تراشه کوچک نانولوله ای،حافظه زیادی جای می گیرد و پژوهش های انجام شده نشان می دهد که نانولوله های کربنی می توانند به عنوان ترانزیستور در تراشه ها مورد استفاده قرار گیرند.
انواع حافظه های جدید
همگام با پیشرفت علم، نیاز به حافظه برای ذخیرهسازی دادههای تولیدی افزایش مییابد. این مساله موجب میشود نیاز به حافظههای سریعتر و پرظرفیتتر بیشتر احساس شود. ضمن این که با کوچکتر شدن ابعاد تجهیزات الکترونیک، حافظهها باید ضمن پیشرفت در سرعت و ظرفیت، برای بهکارگیری در این تجهیزات ابعاد کوچکتری داشته باشند.
در حال حاضر در ساخت حافظههای فعلی مسائلی از جمله نشت بار خازنی یا حساسیت به خطاهای جزیی ناشی از پرتوهای کیهانی وجود دارد که موجب میشوند طراحان و تولیدکنندگان تراشههای حافظه قادر نباشند ابعاد حافظهها را بیش از این کاهش دهند.
امروزه مصرف کنندگان، طالب حافظه هایی با گنجایش گیگابایتی هستند. فلش های جدیدی الان در بازار است که بیش از 60GB حافظه دارد و همچنان مطلوب است که ذخیره بیشتر در فضای کمتری انجام گیرد. فناوری رایج این خواسته ها را به سختی فراهم می کند، اما فناوری نانو راه حل هایی بهتر پیشنهاد می کند.
با استفاده از نانولولههای کربنی و خاصیتهای شگفتانگیز آنها میتوان حافظههایی ساخت که ضمن داشتن ابعاد کوچک و سرعت بالا، مانایی دادهها در آن زیاد باشد. این حافظهها که N RAM نام دارند میتوانند جایگزین مناسبی برای تمامی اشکال حافظه و رسانههای ذخیرهسازی دادهها باشند. همچنین با این فناوری میتوان دیسکهایی با ظرفیت چند صد ترابایت داشت که حتی تصور آن نیز بسیار شگفتانگیز است. با این ظرفیت هرکس میتواند از هر لحظه از زندگی خود فیلمبرداری کند و هرصدایی را ضبط کرده و در این دیسک ذخیره کند.
ادامه دارد...
مریم نایب زاده
بخش دانش و زندگی تبیان
منبع: jamejamonline، engineering،edu.nano، nanowerk، sciencedaily
کتاب آشنایی با فناوری نانو 2 کاربردها، سلیمی، طاهری، احمدوند