Жарым өткөргүчтөрдүн жаңы мууну бир түзмөктүн ичинде бир нече милдетти бир эле учурда аткарууга мүмкүндүк берип, маалыматты иштетүү ылдамдыгын да жогорулатуусу керек.
Смартфондор алаканыбызга баткан мезгилден бери жыйырма жылга жетпеген убакыт өтсө да, азыр жасалма интеллект билегибизге тагылган түзмөктөрдө иштөөдө.
Алдыдагы маселе – түзмөктөр барган сайын кичирейгени менен, алар иштетиши керек болгон маалыматтын көлөмү жана аткарышы керек болгон функциялардын саны экспоненциалдуу (тез) түрдө өсүп жатканы.
Түштүк Кореянын Пхохан илим жана технология университети (Pohang University of Science and Technology, POSTECH) кабарлагандай, алардын изилдөөчүлөр тобу бул карама-каршылыкты чечүүнүн келечектүү жолун табышты.
Университеттин электротехника жана жарым өткөргүч инженериясы кафедраларынын профессору Бён Хун Ли (Byoung Hun Lee) жетектеген изилдөө тобу, электротехника кафедрасынан доктор Чжэ Хён Чун (Jae Hyeon Jun) менен биргеликте, бир эле жарым өткөргүч түзмөккө бир нече электр чынжыр функцияларын бир убакта аткарууга мүмкүнчүлүк берген транзистордук технологияны иштеп чыгышты.
Жаңы ыкма схемаларды долбоорлоону кыйла жөнөкөйлөтүп, салттуу ыкмаларга салыштырмалуу маалыматты иштетүү ылдамдыгын төрт эсе жогорулатат.
Изилдөөнүн жыйынтыктары Advanced Functional Materials журналында жарыяланган.
Пхохан илим жана технология университетинин түшүндүрмөсүнө караганда, азыр жарым өткөргүч өнөр жайындагы негизги маселелердин бири – барган сайын көбүрөөк функцияларды барган сайын кичирээк чиптерге интеграциялоо.
Функциялардын саны көбөйгөн сайын, керектүү схемалардын жана транзисторлордун саны да өсөт.
Бирок мурда эле даярдалган жарым өткөргүч чиптерге жаңы функцияларды кошууда, чиптин учурдагы түзүлүшүн бузуп албоо үчүн микрочип өндүрүшүнүн акыркы этабы болгон “Back-end-of-line (BEOL)” процесстери 400 °C градустан төмөн температурада жүргүзүлүшү керек.
Изилдөөчүлөр тобу цинк оксиди (ZnO) жана теллурга (Te) көңүл бурушту.
Бул эки материал тең 200 °C градустан төмөн температурада жука жана бир калыптагы пленка түрүндө даярдалышы мүмкүн, бул аларды кийинки муундагы жарым өткөргүч материалдар үчүн келечектүү талапкер кылат.
Аталган эки материалды бириктирүү аркылуу изилдөө тобу ZnO–Te гетерокошулуу транзисторун түзүштү.
Бир түзмөктүн төрт милдетти аткаруусу
Пхохан илим жана технология университети белгилегендей, жаңы түзмөк ток агымын өзгөчө ыкма менен башкарат.
Салттуу жарым өткөргүчтөрдөн айырмаланып, анда чыңалуу жогорулаган сайын ток адатта өссө, бул түзмөк терс дифференциалдык транскондуктивдүүлүктү (NDT) көрсөтөт, башкача айтканда, белгилүү бир чыңалуу диапазонунда ток азаят.
Изилдөө тобу кош терс дифференциалдык транскондуктивдүүлүктү (D-NDT) ийгиликтүү ишке ашырды, мында бул көрүнүш бир эле түзмөктүн ичинде удаасы менен эки жолу пайда болот.
Жөнөкөйлөштүрүп айтканда, бул технология бир эле түзмөккө адатта бир нече түзмөккө бөлүнүп аткарылуучу милдеттерди ишке ашырууга мүмкүнчүлүк берип, схеманын татаалдыгын азайтат.
Негизги өзгөчөлүк эки материалдын ортосундагы дал келүү (кайчылашуу) узундугун так көзөмөлдөөгө байланыштуу.
Кайчылашуу аймагы кыска болгондо, ток бир гана жолу өзгөрөт. Ал эми бул аймак узарган сайын, түзмөктүн ичинде каптал жана тик токтор бир эле учурда пайда болуп, токтун кош чокусу түзүлөт.
Түз сызык менен агып жаткан ток үч өлчөмдүү кесилишке туш келгенде кыйла татаал багыттарга ээ боло алгандай эле, бул түзмөк да сигналдарды татаалыраак иштетүү мүмкүнчүлүгүнө ээ болот.
Жаңы түзмөктү колдонуу менен изилдөө тобу бир кирүүчү сигналды төрт чыгуучу сигналга айландырган жыштыкты – төрт эселегичти ишке ашырды.
Адатта мындай функцияны аткаруу үчүн бир нече транзистор талап кылынат, бирок жаңы технология муну бир эле түзмөк аркылуу аткарып, керектүү транзисторлордун санын 75 %га кыскартат.
Чыныгы электрондук схема эксперименттеринде изилдөөчүлөр маалыматты иштетүү ылдамдыгы бир кирүүчү сигнал циклинин ичинде төрт эсеге жогорулаганын да тастыкташты.
“Бул изилдөө татаал электр схемаларынын функцияларын бир эле түзмөктүн деңгээлинде ишке ашырууга болорун көрсөтөт. Биз бул технология ультракомпакттуу жасалма интеллект түзмөктөрүн жана үч өлчөмдүү интеграцияланган, жогорку тыгыздыктагы жарым өткөргүч системаларды өнүктүрүүдө кеңири колдонулат деп күтөбүз”, – деди профессор Бён Хун Ли.
Илимий жана техникалык терминдерге түшүндүрмө:
Жарым өткөргүч – электр өткөрүмдүүлүгү өткөргүчтүн (мисалы, жездин) жана изолятордун (мисалы, айнектин) ортосунда турган материал. Анын электр энергиясын өткөрүү жөндөмдүүлүгүн так башкарууга болот, ошондуктан жарым өткөргүчтөр заманбап компьютердик чиптерди, транзисторлорду жана электрондук схемаларды өндүрүүдө негизги материал болуп эсептелет.
Электр энергиясын дайыма өткөрүп турган зымдардан же аны толугу менен бөгөттөгөн изоляторлордон айырмаланып, жарым өткөргүчтөр электр энергиясын белгилүү бир шарттарда гана өткөрөт, мисалы, чыңалуу берилгенде же температура жогорулаганда.
Дүйнөдө эң кеңири колдонулган жарым өткөргүч материал – кремний. Ал микропроцессорлордун жана эс тутум чиптеринин басымдуу көпчүлүгү үчүн негиз катары кызмат кылат.
Back-end-of-line (BEOL) – жарым өткөргүчтөрдү өндүрүүнүн акыркы этабын билдирет, анда металлдык байланыштар (interconnects) түзүлөт. Бул изилдөөдө иштелип чыккан түзмөк 200 °C градустан төмөн температурада даярдалат, бул аны BEOL процесстери жана үч өлчөмдүү интеграция технологиялары менен шайкеш кылат.
Гетерокошулуу (heterojunction) – ар башка касиеттеги эки жарым өткөргүчтүн кошулуу чекити. Бул изилдөөдө цинк оксиди (ZnO) жана теллур (Te) бириктирилип, заряд ташуу касиеттеринин айырмасын пайдалануу менен уникалдуу сызыктуу эмес электрдик жооптор алынган.
Цинк оксиди (ZnO) – цинк жана кычкылтектен турган органикалык эмес химиялык кошулма, ак түстөгү майда порошок түрүндө болот жана сууда дээрлик эрибейт. Ал өзүнүн уникалдуу физикалык жана химиялык касиеттеринин аркасында косметикада, фармацевтикада, резина өнөр жайында жана электроникада кеңири колдонулат.
Теллур (Te) – халькогендер тобуна кирген, сейрек кездешүүчү, күмүш түстө жылтыраган жарым металл. Теллурдун кошулмалары алдыңкы фотогальваникада жана термоэлектрдик түзмөктөрдү өндүрүүдө кеңири колдонулат.
Терс дифференциалдык транскондуктивдүүлүк (NDT, negative differential transconductance) – дарбаза чыңалуусу (gate voltage) белгилүү бир чекке жеткенден кийин токтун азайып кетүү кубулушу. Башкача айтканда, чыңалуу өссө да, ток кадимки транзистордогудай көбөйбөй, тескерисинче төмөндөйт. Ошондуктан NDT кадимки транзисторлордон айырмаланып, сызыктуу эмес электрдик жүрүм-турумду көрсөтөт. Бул касиет жыштыкты көбөйтүү жана көп маанилүү логика сыяктуу атайын электрондук схемаларда колдонууга ыңгайлуу.
Кош терс дифференциалдык транскондуктивдүүлүк (double negative differential transconductance, D-NDT) – бир эле түзмөктүн өткөрүү мүнөздөмөлөрүндө терс дифференциалдык транскондуктивдүүлүктүн эки чокусу байкалган кубулуш. Кирүүчү сигнал бул эки чоку аркылуу удаа өткөндө, түзмөк бир цикл ичинде бир нече чыгуу сигналын жарата алат. Натыйжада жыштыкты жогорку даражада өзгөртүү мүмкүнчүлүгү пайда болот.
Жыштыкты төрт эселегич (frequency quadrupler) – кирүүчү жыштыкты чыгуу жыштыгына төрт эсе жогорулатып өзгөрткөн схема же түзмөк. Адатта мындай функцияны ишке ашыруу үчүн бир нече түзмөк жана татаал схемалык конфигурациялар талап кылынат. Бирок, бул изилдөөдө жыштыкты төрт эселеп көбөйтүү бир баскычтуу (single-stage) түзмөк аркылуу ийгиликтүү көрсөтүлгөн.
Шилтемелер:
- Маалымат макала менен илимий жана техникалык терминдерге түшүндүрмө Пхохан илим жана технология университетинин https://postech.ac.kr/eng/research/research_results.do?mode=view&articleNo=47423 интернет баракчасындагы материалдын негизинде жазылды.
- Маалымат макалага негиз болгон илимий изилдөө https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.74948 Advanced Functional Materials журналында жарыяланган.
- Сүрөт unsplash.com сайтынан алынды, автору Bermix studio.
