استبدال الذرات يُنتج مكونات أساسية للترانزستور داخل غشاء واحد فائق الرقة

صنع باحثون في كوريا الجنوبية ترانزستورات عاملة عبر استبدال ذرات مختارة في مادة فائقة الرقة، فشكّلوا المكونات الأساسية داخل غشاء واحد بدلاً من تجميع طبقات منفصلة من مواد مختلفة.

نشر فريق معهد العلوم الأساسية هذا العمل في مجلة Science. وتحتاج الترانزستورات، وهي المفاتيح الدقيقة المستخدمة في الدوائر الإلكترونية، إلى مادة شبه موصلة وعازل وتلامسات كهربائية. ويصعب بصورة خاصة دمج هذه الأجزاء عند استخدام مواد لا يتجاوز سمكها أبعاداً ذرية؛ إذ قد تكون الطلاءات غير متجانسة، وقد يؤدي تثبيت التلامسات المعدنية إلى إتلاف السطح أو إعاقة مرور التيار.

بدأ الباحثون بغشاء يحتوي على التنغستن والسيلينيوم. ومع إبقاء التنغستن في موضعه، استبدلوا ذرات مختارة من السيلينيوم لإنشاء مناطق عازلة، ومادة شبه موصلة مختلفة، وطبقات تلامس عالية التوصيل. وتحكموا في التغييرات طبقة ذرية واحدة في كل مرة، يبلغ سمك كل منها نحو 0.7 نانومتر، أي أقل من جزء من مليار من المتر.

في الاختبارات، احتاج الترانزستور الناتج إلى تغيير في الجهد مقداره 61.3 ميليفولت ليتغير تياره بمقدار عشرة أضعاف، وهو قريب من الحد الأدنى النظري البالغ نحو 60 ميليفولت للترانزستورات التقليدية عند درجة حرارة الغرفة. ووضع الفريق أيضاً نوعين من الترانزستورات بعضهما فوق بعض لبناء دائرة أساسية لعكس الإشارة عملت بجهد فولت واحد.

قد يبسط هذا النهج تصنيع إلكترونيات أصغر حجماً وأقل استهلاكاً للطاقة. لكن قبل تطبيقه على نطاق واسع، يتعين على الباحثين إثبات أن الاستبدالات الذرية تتم بصورة متجانسة وموثوقة عبر الأسطح الكبيرة المستخدمة في إنتاج الرقائق.