ايتنا - پایان عصر مس در تراشه‌ها؟ ماده‌ای جدید معادلات صنعت نیمه‌رسانا را تغییر می‌دهد

پژوهشگران موفق به توسعه نوعی نانوسیم از جنس آرسنید نیوبیوم (NbAs) شده‌اند که می‌تواند در آینده جایگزین مس در اتصالات داخلی تراشه‌های رایانه‌ای شود. این دستاورد، در صورت تجاری‌سازی، می‌تواند مسیر ساخت نسل جدیدی از تراشه‌های سریع‌تر، کم‌مصرف‌تر و کارآمدتر را هموار کند.

به گزارش وب‌سایت Interesting Engineering، محققان دانشگاه کرنل در مطالعه‌ای نشان داده‌اند که این ماده کوانتومی رفتاری متفاوت از فلز مس دارد. برخلاف مس که با کوچک شدن ابعاد سیم‌ها در مقیاس نانو، مقاومت الکتریکی آن افزایش یافته و کارایی‌اش کاهش می‌یابد، آرسنید نیوبیوم با کاهش اندازه، رسانایی بهتری از خود نشان می‌دهد.

چالش بزرگ مس در عصر تراشه‌های پیشرفته
سیم‌های بسیار نازک درون تراشه‌های الکترونیکی وظیفه انتقال سیگنال میان میلیاردها ترانزیستور را بر عهده دارند و کیفیت این اتصالات، نقش مستقیمی در سرعت و بهره‌وری پردازنده‌ها ایفا می‌کند.

مس از اواخر دهه ۱۹۹۰ تاکنون ماده اصلی مورد استفاده در صنعت نیمه‌رساناها بوده است، اما روند کوچک‌سازی مداوم تراشه‌ها، محدودیت‌های فیزیکی این فلز را آشکار کرده است. در ابعاد نانومتری، برخورد بیشتر الکترون‌ها با سطح سیم‌ها موجب افزایش مقاومت الکتریکی و کاهش بازده انتقال سیگنال می‌شود؛ مشکلی که توسعه تراشه‌های نسل آینده را با چالش روبه‌رو کرده است.

ماده‌ای کوانتومی با عملکردی متفاوت
آرسنید نیوبیوم در گروه مواد کوانتومی توپولوژیکی قرار می‌گیرد؛ موادی که امکان حرکت سریع‌تر الکترون‌ها با اتلاف انرژی کمتر را فراهم می‌کنند. نکته قابل‌توجه این است که این ویژگی با کاهش قطر سیم‌ها تقویت می‌شود و در نتیجه عملکرد الکتریکی این ماده در مقیاس نانو حتی از مس نیز بهتر خواهد بود.

محققان برای ساخت این نانوسیم‌ها از فناوری نانوفرمینگ ترمومکانیکی استفاده کردند و موفق شدند سیم‌های تک‌بلوری با قطری در حدود ۱۰ نانومتر تولید کنند. به گفته پژوهشگران، این نانوسیم‌ها قابلیت ادغام با ویفرهای سیلیکونی را دارند و می‌توانند در آینده در فرآیند تولید تراشه‌های پیشرفته مورد استفاده قرار گیرند.

گامی به سوی نسل آینده پردازنده‌ها
تیم تحقیقاتی معتقد است این فناوری می‌تواند محدودیت‌هایی را که سال‌ها مانع پیشرفت بیشتر اتصالات مبتنی بر مس بوده است، برطرف کند و امکان طراحی تراشه‌هایی با سرعت بالاتر و مصرف انرژی کمتر را فراهم سازد.

نتایج این پژوهش در مجله علمی Science منتشر شده است؛ دستاوردی که می‌تواند نقطه عطفی در طراحی ساختار داخلی تراشه‌های الکترونیکی و توسعه فناوری‌های محاسباتی نسل آینده باشد.