दुर्भाग्य से, साधारण अर्धचालकों के विपरीत, जो व्यापक रूप से व्यवहार में उपयोग किया जाता है, ग्राफीन, एक ऐसी सामग्री जिसे हाल ही में उच्च उम्मीदें पिन की गई हैं, के लिए निषिद्ध क्षेत्र नहीं है, जिसका अर्थ है कि इसके आधार पर एक नई पीढ़ी के निर्माण की जटिलता या पूर्ण असंभवता। Guangxiu लियू और उनके सहयोगियों
ने कहा कि वे पारंपरिक ट्रांजिस्टर में इस्तेमाल होने वाले वर्कअराउंड को अलग पाते हैं।
पिछले पांच दशकों में, सिलिकॉन इलेक्ट्रॉनिक्स का विकास मुख्य रूप से क्रिस्टल पर व्यक्तिगत घटकों की कमी के कारण हुआ है। हालांकि, हर चीज की अपनी सीमा होती है, और विशेषज्ञों का मानना है कि यह 2026 से अधिक नहीं चलेगा। दुनिया भर के वैज्ञानिक सक्रिय रूप से ऐसी सामग्री की तलाश कर रहे हैं जो सिलिकॉन की जगह ले सके, और अक्सर उनकी आँखें ग्रेफीन में बदल जाती हैं।
ट्रांजिस्टर में उपयोग किए जाने वाले अर्धचालकों में, किसी ठोस पदार्थ की तरह, ऊर्जा का एक क्षेत्र होता है, जिसमें इलेक्ट्रॉन स्वतंत्र रूप से प्रवाहित हो सकते हैं, जो उन्हें एक कंडक्टर बनाता है और उन्हें "खोलता है" और एक ज़ोन जिसमें उनका आंदोलन असंभव है, जो "बंद" का कारण बनता है। । कंडक्शन बैंड की स्थिति को खोलने और संक्रमण के लिए, अपेक्षाकृत कम मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है। यह ये गुण हैं जो अर्धचालक ट्रांजिस्टर के सिद्धांतों और विशेषताओं को निर्धारित करते हैं। हालांकि, ग्राफीन में निषिद्ध बैंड की अनुपस्थिति गंभीरता से एक ट्रांजिस्टर के रूप में इसके उपयोग को सीमित करती है: ग्राफीन में कोई ऊर्जा क्षेत्र नहीं है जो एक क्रिस्टल में एक इलेक्ट्रॉन के पास नहीं हो सकता है। व्यवहार में, इसका मतलब है ग्राफीन ट्रांजिस्टर को "बंद" करना।
इसलिए, ग्राफीन के गुणों के शोधकर्ताओं का सामना करने वाले मुख्य कार्यों में से एक कृत्रिम निषिद्ध ऊर्जा क्षेत्र का निर्माण था। उन्होंने विद्युत क्षेत्रों को लागू करने, अशुद्धियों को जोड़ने, या सामग्री को खींच और संपीड़ित करके इसे प्राप्त किया। प्रयासों का सकारात्मक परिणाम नहीं निकला: एक ट्रांजिस्टर बनाने के लिए, कमरे के तापमान पर एकता ईवी के आदेश के एक बैंड अंतराल की आवश्यकता होती है, और केवल कुछ सौ meV के एक बैंड अंतराल के कारण प्रयासों का नेतृत्व किया। और इस मामले में भी, ग्राफीन ट्रांजिस्टर में नकारात्मक गुण थे: बहुत अधिक बिजली की खपत और विघटित गर्मी।
लियू और उनके सहयोगियों ने एक पूरी तरह से अलग दृष्टिकोण से संपर्क किया: एक कृत्रिम बैंड अंतराल बनाने की कोशिश करने के बजाय, जिसके परिणामस्वरूप ट्रांजिस्टर को अधिक सिलिकॉन-जैसे बनाया जाएगा, उन्होंने नकारात्मक प्रतिरोध की घटना का उपयोग किया। इस घटना में उस क्षेत्र की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता पर उपस्थिति होती है जहां बढ़ते प्रवाह के साथ वोल्टेज घटता है। विभिन्न अध्ययनों से पता चला है कि कुछ शर्तों के तहत ग्राफीन का नकारात्मक प्रतिरोध है।
लियू के समूह ने गेट बनाने के लिए इस वोल्टेज ड्रॉप का उपयोग करने की कोशिश की। वास्तव में, मुख्य उपलब्धि यह थी कि कैसे कई ग्राफीन क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर की मदद से पारंपरिक तर्क तत्वों का निर्माण संभव है। परिणाम आशाजनक थे, लियू और उनके सहयोगियों ने एक तर्क सर्किट बनाकर अपने दृष्टिकोण की प्रभावशीलता को दिखाया, जिसमें सिलिकॉन ट्रांजिस्टर का उपयोग करके बनाए गए समान सर्किट पर फायदे हैं। अब तक, शोधकर्ताओं ने आठ सिलिकॉन ट्रांजिस्टर के बजाय तीन ग्राफीन ट्रांजिस्टर के आधार पर एक विशेष "ओआर" तत्व बनाने में कामयाबी हासिल की है, जो चिप चिप पर बहुत छोटे कब्जे वाले स्थान का वादा करता है। यह भी दिलचस्प है कि ग्राफीन ट्रांजिस्टर 400 GHz से अधिक की आवृत्ति पर काम कर सकते हैं।
बेशक, एक व्यक्तिगत तत्व के संचालन की आवृत्ति का मतलब पूरे माइक्रोप्रोसेसर के संचालन की एक समान आवृत्ति नहीं है। इसके अलावा, ट्रांजिस्टर के संचालन की आवृत्ति के लिए वर्तमान रिकॉर्ड
1.5-हर्ट्ज सिलिकॉन-जर्मेनियम ट्रांजिस्टर के लिए रहता है, और कमरे के तापमान पर 765 गीगाहर्ट्ज़ की आवृत्ति पर और 845 गीगाहर्ट्ज़ की आवृत्ति पर −55 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, एक
ट्रांजिस्टर ,
इंडियम फॉस्फाइड और इंडियम गैलियम आर्सेनाइड पर आधारित होता है । यदि ऑपरेटिंग गति की बात आती है, तो, जैसा कि
एनक्लिस बताते
हैं , लेजर विकिरण की मदद से, ढांकता हुआ में विद्युत क्षेत्र
को पेटहर्ट्ज़ की आवृत्ति के साथ स्विच किया जा सकता है, केवल एक फेमटोसेकंड में । फिर भी, Guangxiu लियू और उनके सहयोगियों का अध्ययन ग्राफीन पर आधारित तार्किक सर्किट के निर्माण के
पिछले तरीकों से अलग एक नया है।
ArXiv पर रिपोर्ट