Cynnydd ymchwil ar ddeunyddiau transistor newydd

Cyfyngiadau deunyddiau transistor traddodiadol
Yn seiliedig yn bennaf ar silicon (Si), ar ôl degawdau o ddatblygiad, mae transistorau sy'n seiliedig ar silicon wedi'u defnyddio'n helaeth mewn amrywiol gynhyrchion electronig. Fodd bynnag, wrth i faint dyfeisiau barhau i leihau, mae transistorau sy'n seiliedig ar silicon yn wynebu'r heriau canlynol:
Effaith maint: Pan fydd maint y transistor yn cael ei leihau i raddau, mae effeithiau cwantwm yn dechrau dod i'r amlwg, gan effeithio ar berfformiad a sefydlogrwydd dyfeisiau.

Mater defnydd pŵer:Mae cerrynt gollyngiadau transistorau bach yn cynyddu, gan arwain at gynnydd yn y defnydd o bŵer a phroblemau afradu gwres amlwg.

Terfyn cyflymder:Mae symudedd electron cyfyngedig deunyddiau silicon yn effeithio ar gyflymder newid transistorau.

Er mwyn mynd i'r afael â'r materion hyn, mae ymchwilwyr wedi dechrau archwilio deunyddiau newydd er mwyn gwella perfformiad y transistor wrth barhau â Chyfraith Moore.

Cynnydd ymchwil o ddeunyddiau transistor newydd
Gallium Arsenide (GaAs) ac Indium Phosphide (InP)
Mae ganddo symudedd electronau uchel ac mae'n addas ar gyfer dyfeisiau electronig cyflym. O'i gymharu â silicon, gall transistorau GaAs ac InP ddarparu cyflymder newid uwch a sŵn is. Felly, maent wedi cael eu defnyddio'n helaeth mewn cyfathrebu amledd uchel, radar, lloerennau a dyfeisiau optoelectroneg. Fodd bynnag, mae cost gweithgynhyrchu'r deunyddiau hyn yn uwch ac mae cymhlethdod y broses hefyd yn uwch na silicon.

Deunyddiau seiliedig ar garbon: graphene a nanotiwbiau carbon
Oherwydd ei briodweddau trydanol a mecanyddol rhagorol, fe'i hystyrir fel y deunydd transistor mwyaf addawol ar gyfer y dyfodol. Mae gan Graphene symudedd electronau hynod o uchel a gall gyflawni trosglwyddiad electronau cyflym iawn, gan ei wneud yn addas ar gyfer dyfeisiau cyfrifiadurol a chyfathrebu cyflym. Mae gan nanotiwbiau carbon gryfder a hyblygrwydd uchel, a gellir eu defnyddio i gynhyrchu dyfeisiau electronig hyblyg. Fodd bynnag, mae'r dechnoleg cynhyrchu ac integreiddio ar raddfa fawr o nanotiwbiau graphene a charbon yn dal i fod yn y cam archwilio.

Molybdenwm disulfide (MoS2) a deunyddiau dau ddimensiwn eraill
Gyda thrwch lefel atomig a symudedd electronau rhagorol, mae'n addas ar gyfer dyfeisiau electronig tra-denau a pherfformiad uchel. Mae transistorau MoS2 yn arddangos nodweddion newid rhagorol a defnydd pŵer isel ar y raddfa is nanomedr, gan eu gwneud yn addas ar gyfer y genhedlaeth nesaf o ddyfeisiau electronig pŵer isel. Mae deunyddiau dau-ddimensiwn eraill fel boron nitride (BN) a disulfide twngsten (WS2) hefyd yn cael eu hastudio ar gyfer dyfeisiau electronig amlswyddogaethol.

Gallium ocsid (Ga2O3) a lled-ddargludyddion bandgap eang
Yn cynnwys nodweddion bandgap eang, sy'n addas ar gyfer dyfeisiau electronig pŵer uchel ac amledd uchel. O'i gymharu â dyfeisiau traddodiadol sy'n seiliedig ar silicon, gall transistorau Ga2O3 weithredu'n sefydlog ar dymheredd a foltedd uchel, gan eu gwneud yn addas ar gyfer electroneg pŵer a meysydd ynni newydd. Mae lled-ddargludyddion bandgap eang eraill fel gallium nitride (GaN) a charbid silicon (SiC) hefyd wedi dangos perfformiad rhagorol mewn dyfeisiau electronig pŵer uchel.

Rhagolygon cymhwyso deunyddiau transistor newydd
Cyfrifiadura perfformiad uchel a chyfathrebu
Yn gallu darparu symudedd electronau uwch a chyflymder newid, sy'n addas ar gyfer cyfrifiadura perfformiad uchel a dyfeisiau cyfathrebu cyflym. Er enghraifft, gall transistorau graphene a GaAs wella perfformiad proseswyr cyfrifiadurol a sglodion cyfathrebu yn sylweddol, gan ddiwallu anghenion cyfathrebu 5G a 6G yn y dyfodol.

Dyfeisiau electronig pŵer isel
Mae nodweddion defnydd pŵer isel deunyddiau dau ddimensiwn fel MoS2 yn eu gwneud yn addas ar gyfer dyfeisiau electronig cludadwy a dyfeisiau IoT. Trwy ddefnyddio'r deunyddiau newydd hyn, gellir ymestyn oes y batri a gellir gwella dygnwch dyfeisiau.

Electroneg hyblyg a dyfeisiau gwisgadwy
Bydd cymhwyso nanotiwbiau carbon a deunyddiau hyblyg eraill yn ysgogi datblygiad electroneg hyblyg a dyfeisiau gwisgadwy. Mae cryfder uchel a hyblygrwydd y deunyddiau hyn yn galluogi dyfeisiau electronig i blygu a phlygu, gan eu gwneud yn addas ar gyfer meysydd sy'n dod i'r amlwg fel dillad smart a dyfeisiau monitro iechyd.

Electroneg ynni a phŵer newydd
Bydd cymhwyso lled-ddargludyddion bandgap eang fel GaN a SiC mewn dyfeisiau electronig pŵer uchel ac amledd uchel yn hyrwyddo datblygiad electroneg ynni a phŵer newydd. Gall y deunyddiau hyn weithio'n sefydlog o dan dymheredd uchel a foltedd uchel, ac maent yn addas ar gyfer meysydd fel cerbydau trydan ac offer cynhyrchu ynni adnewyddadwy.

Heriau a chyfeiriadau datblygu yn y dyfodol
Er bod deunyddiau transistor newydd wedi dangos potensial mawr, mae eu cymwysiadau ar raddfa fawr yn dal i wynebu llawer o heriau. Yn gyntaf, mae cost gweithgynhyrchu uchel a chymhlethdod prosesau deunyddiau newydd yn cyfyngu ar eu cymwysiadau masnachol ar raddfa fawr. Yn ail, mae angen rhoi sylw pellach i sefydlogrwydd a chysondeb y deunyddiau er mwyn sicrhau dibynadwyedd hirdymor y dyfeisiau. Yn ogystal, mae effeithiau amgylcheddol ac iechyd deunyddiau newydd hefyd yn agweddau pwysig sydd angen sylw. Sut i gyflawni gweithgynhyrchu gwyrdd a datblygu cynaliadwy yw'r allwedd i ymchwil yn y dyfodol.

Er mwyn hyrwyddo ymchwil a chymhwyso deunyddiau transistor newydd, mae angen cryfhau cydweithrediad rhyngddisgyblaethol ac integreiddio gwybodaeth a thechnoleg o wyddoniaeth deunyddiau, ffiseg, peirianneg electronig, a meysydd eraill. Ar yr un pryd, dylai'r llywodraeth a mentrau gynyddu eu cefnogaeth ar gyfer ymchwil sylfaenol a diwydiannu, sefydlu system arloesi technolegol gadarn ac ecoleg cadwyn ddiwydiannol.

Yn yr oes hon sy'n llawn heriau a chyfleoedd, bydd cynnydd ymchwil deunyddiau transistor newydd yn dod â momentwm datblygu newydd i'r diwydiant electroneg. Trwy archwilio ac arloesi parhaus, mae gennym reswm i gredu y bydd dyfeisiau electronig yn y dyfodol yn fwy effeithlon, deallus, ac yn gyfeillgar i'r amgylchedd, gan ddod â mwy o gyfleustra a syndod i fywyd dynol.

https://www.trrsemicon.com/transistor/mosfet-transistor/mosfet-si2309.html