التقدم الكبير في تكنولوجيا النانو يمكن أن يوسع قانون مور

داريو جيل، نائب الرئيس للعلوم والتكنولوجيا، أبحاث IBM
 بقلم داريو جيل
 أطلق علماء أبحاث IBM ثورة تكنولوجيا النانو عندما صمموا المجهر النفقي الماسح في عام 1981، وقد حقق باحثونا العديد من الاختراقات في مجال تكنولوجيا النانو منذ ذلك الحين - بما في ذلك كونهم أول شخص في العالم يحرك ذرات مفردة.

 والآن يأتي التقدم الذي يفي بوعد تكنولوجيا النانو - والذي من المحتمل أن يطيل عمر قانون مور من خلال تمكين تحسينات كبيرة في الأداء مقارنة بتكنولوجيا الرقائق التقليدية الحالية.

 تغلب فريق من مختبرنا في يوركتاون، نيويورك، على أحد التحديات الأكثر صعوبة التي تواجه صناعة الرقائق من خلال عرض أول ترانزستورات أنابيب الكربون النانوية التي لا تعاني من انخفاض الأداء لأنها تقلصت إلى أبعاد أصغر. اقرأ عن اختراعهم في عدد 2 أكتوبر من مجلة Science.

 هذا هو نوع التقدم الذي نلتزم بتحقيقه في IBM Research من خلال استثمارنا البالغ 3 مليارات دولار على مدى 5 سنوات في برامج البحث والتطوير التي تهدف إلى دفع حدود تكنولوجيا الرقائق. هدفنا هو مساعدة IBM على إنتاج أنظمة عالية الأداء قادرة على التعامل مع المتطلبات القصوى لتحليلات البيانات الجديدة وتطبيقات الحوسبة المعرفية.

 بسبب القيود المفروضة على أشباه الموصلات السيليكونية وقوانين الفيزياء، يواجه عالم التكنولوجيا تحديات هائلة في إطالة عمر قانون مور، وهي الصيغة التي قادت الكثير من التقدم في مجال الإلكترونيات على مدى الخمسين عاما الماضية. لذلك قام العلماء بتجربة مواد جديدة وعمليات جديدة لتعبئة المزيد من الترانزستورات على الرقائق التي تشغل كل شيء بدءًا من الهواتف الذكية والسيارات المتصلة وحتى أجهزة الكمبيوتر العملاقة التي تعالج الأرقام.

 كيف يبدو أنبوب الكربون النانوي عن قرب
 تعد أنابيب الكربون النانوية واحدة من أكثر البدائل الواعدة للسيليكون في أشباه الموصلات. وذلك لأنه يمكن استخدامها لبناء أجهزة صغيرة بشكل لا يصدق، كما أنها تستخدم طاقة أقل لتبديل حالة الترانزستورات - وهي الطريقة التي ننشئ بها الآحاد والأصفار الضرورية للحوسبة الرقمية.

 تواجه صناعة التكنولوجيا العديد من التحديات الرئيسية، ولكننا تغلبنا على أحدها بأحدث إنجازاتنا - حيث أظهر علماؤنا طريقة لتقليص اتصالات الترانزستور دون تقليل أداء أجهزة أنابيب الكربون النانوية.

 في الرقائق التقليدية القائمة على السيليكون، يتكون كل ترانزستور من سلك مصدر للتيار الكهربائي، وهو السلك "الداخل"؛ سلك استنزاف أو "خارج" ؛ وبوابة بينهما، وهي عبارة عن قطعة من المعدن أو مادة تشبه المعدن تعمل على تشغيل الترانزستور أو إيقاف تشغيله استجابة للشحنات الكهربائية. عند تشغيل البوابة، تعمل الإلكترونات على شريط معدني عبر الترانزستور الموجود أعلى قناة مصنوعة من السيليكون.

 تكمن المشكلة في أن السيليكون لا يتمتع بالخصائص المناسبة لتقليص حجمه إلى الأبعاد الأصغر المطلوبة لتحسين أداء الرقاقة بمعدل سريع وبتكلفة منخفضة. تصنع الأنابيب النانوية الكربونية مادة قناة رائعة على نطاق أصغر، ولكن كانت هناك مشاكل في توصيلها بأسلاك "الداخل" و"الخارج" للترانزستورات. وقد تغلب علماؤنا على تلك العوائق باستخدام نوع جديد من الاتصال المعدني بين الأنابيب النانوية والأسلاك، وبتمرير القنوات مباشرة إلى جوانب الأسلاك. الطريقة التقليدية هي تشغيل القنوات تحت الأسلاك، الأمر الذي يتطلب موصلات منحنية ويسبب اختناقات مرورية للإلكترونات. الحل الذي نقدمه يجعل من الممكن تقليص القنوات إلى أبعاد أقل من 10 نانومتر، وبالتالي تقليص الحجم الإجمالي للترانزستورات، دون التضحية بالأداء.

 ولا تزال هناك حاجة إلى هندسة لجعل التصميمات الجديدة قابلة للتصنيع على نطاق واسع. لا تزال شركة IBM وبقية المجتمع العلمي تواجه عقبتين رئيسيتين قبل أن تتمكن أنابيب الكربون النانوية من الوفاء بوعدها. 1) علينا أن نكتشف كيفية تنقية الكربون إلى النقطة التي تبقى فيها الجزيئات شبه الموصلة فقط، وليس الجزيئات المعدنية الموصلة للكهرباء. 2) يجب أن نكون قادرين على التعامل مع الأنابيب النانوية، التي هي أرق 10000 مرة من شعرة الإنسان، حتى نتمكن من بناء مليارات الترانزستورات الصغيرة على شريحة واحدة.

 في IBM Research، لدينا فرق تعمل على مواجهة هذه التحديات. لقد أحرزنا تقدمًا كبيرًا في تنقية الكربون، ونحن الآن على مسافة قريبة من الإجابات التي نحتاجها. ما زلنا نسعى لتحقيق اختراق في وضع الأنابيب النانوية. هذا لغز يصعب حله بشكل لا يصدق.

 لكن الألغاز الصعبة هي التي تجعل العلم مثيرًا للاهتمام وذا قيمة كبيرة. لذلك نحن نستمر في ذلك.

 نحن نؤمن أنه من خلال البقاء أوفياء لالتزامنا بتطوير علم الحوسبة على المستوى الأساسي، فإننا سنساهم ليس فقط في نجاح IBM ولكن أيضًا في تقدم الأعمال والمجتمع.
 آي بي إم