سیلیکون از حاکمیت بر دنیای الکترونیک کنار می‌رود؟

سال‌هاست که سرعت پردازنده‌ها به حد نهایی خود رسیده و دانشمندان برای حل این مشکل، به دنبال ماده‌ای غیر از سیلیکون می‌گردند. اما شاید مدارهای انعطاف‌پذیر بتواند مشکل تراشه‌های سیلیکونی را حل کند.

بعد از رقابت نفس‌گیر دهه‌های ۸۰ و ۹۰ میلادی، سرعت کلاک کامپیوترهای رومیزی طی یک دهه گذشته در مرز ۳ گیگاهرتز متوقف ماند. این رکود در سرعت پردازش، دانشمندان را به این فکر انداخت که آیا زمان عبور از نیمه‌رسانا‌ها گذشته است یا نه؛ و برای این بحث چه جایی بهتر از ژورنال ساینس؟

مسئله اصلی این است که با کوچک‌تر و باریک‌تر شدن ترانزیستورها، باید ولتاژ‌ ورودی به آن‌ها را نیز کمتر و کمتر کرد.

این افت ولتاژ می‌تواند به بروز مشکلاتی در زمینه گرما و توان مصرفی منجر شود و هم‌چنین، سرعت‌های سویچینگ و کلاک پایین‌تری به همراه داشته باشد.

تراشه‌ها عموما مشکل سرعت را با بهبود ابعاد و توان جبران می‌کنند، ولی دانشمندان راه‌کارهای جدیدی برای رفع این مشکل پیشنهاد کرده‌اند.

برخی عقیده دارند که سرعت کلاک به حد نهایی خود رسیده و بیشتر نوآوری‌های جالب توجه آینده را باید در قطعات الکترونیکی کوچک‌تر و انعطاف‌پذیری جستجو کرد که در موبایل‌های هوشمند، ایمپلنت‌های پزشکی یا حتی لباس‌های شبیه به فیلم‌های علمی تخیلی فضایی کاربرد خواهد داشت.

نوارهای سیلیکونی امروزی هم می‌توانند تا حدی این کارها را انجام دهند، البته تا وقتی که مردم بتوانند با دستگاه‌های کم‌توان‌تر خود در مقایسه با یک ریزتراشه چندلایه سیلیکونی زندگی کنند. تراشه‌های بسیار ساده و خیلی ریز هم می‌توانند این کار را بدون نیاز به تغییرات پیچیده مهندسی‌ انجام دهند.

پژوهشگران آی‌.بی‌.ام به ایده یافتن یک سویچ ترانزیستوری جدید پرداخته‌اند که بتواند تغییرات کوچک ولتاژ را تقویت کند.

رویکرد آینده‌داری که می‌تواند به این هدف برسد، "interband tunnel FET" (باند میانی اف.تی.ای تونلی) است که می‌تواند اجازه دهد تغییرات کوچک ولتاژ، به تغییر حالت روشن و خاموش منتهی شوند. ولی این امر تنها در نانولوله‌های کربنی امکان‌پذیر است و نه سیلیکون.

رویکرد دیگر می‌تواند افزودن ابزاری باشد که حتی به ولتاژ‌های کوچک تاثیر همه یا هیچ بدهد؛ چیزی که می‌تواند سویچینگ را درکمتر از یک پیکوثانیه (یک هزارمیلیاردیم ثانیه) امکان‌پذیر کند، ولی در عالم واقع، این امر بین ۷۰ تا ۹۰ پیکوثانیه به طول می‌انجامد.

دو ایده آخر به جای اینکه به نیمه‌رسانا‌های مبتنی بر سیلیکون اتکا کنند، به دنبال اکسید فلزات واسطه‌ای گذرایی می‌گردند که اکسیژن را با موادی مانند تیتانیوم و عنصر بسیار کمیاب لانتانیوم ترکیب می‌کند.

ولی فلزات واسطه و ترکیبات اکسید زیادی وجود دارند؛ از این‌رو پژوهشگران نیاز به راه بهتری برای پیش‌بینی تاثیر هر یک از این ترکیبات دارند تا شاید بتوانند ترکیب بهینه را از میان آنها انتخاب کنند. علاوه بر این‌ها گرافین پایه کربنی هم به عنوان جانشینی برای سیلیکون مطرح شده است.

جدای از چالش مواد، هنوز دلایلی برای خوش‌بینی وجود دارد. شرکت‌های سیلیکون‌ولی همیشه راهی برای خروج از بحران‌های مرتبط با فناوری پیدا کرده‌اند و حتی دارپا (بازوی تحقیقات و توسعه پنتاگون) هم صنعت نیمه‌رسانا را نمونه‌ای برای دیگران می‌داند.