skip to Main Content
قانون مور؛ آیا حوزه های مختلف تکنولوژی نانو روزی به پایان می رسند؟

قانون مور؛ آیا حوزه های مختلف تکنولوژی نانو روزی به پایان می رسند؟

قانون مور هر چند در حوزه الکترونیک می باشد و مهندسین مواد در ایران به خصوص در بخش صنعتی کمتر در این حوزه فعالیت دارند. اما به نظر مثال خوبی از پیش بینی و هدف گذاری یک تکنولوژی نوظهور می باشد. شاید بتوان گفت که تکنولوژی IC سازی سالهاست که پیشگام در تکنولوژی میکرو و نانو بوده است. در یک پروسسور مدل Centriq 2400 که در سال ۲۰۱۷ به بازار عرضه شده، ۱۸ میلیارد ترانزیستور در مساحت ۳۹۸ میلیمتر مربع قرار دارد. پس اگر قرار باشد تکنولوژی ای به بن بست در کوچک سازی برسد به نظر می رسد که باید ابتدا همین حوزه باشد. آیا هدف گذاری در تکنولوژی اهمیت دارد؟ آیا یک تکنولوژی پایانی دارد؟ در صورت پایان آن باید چه کرد؟ اینها سوالاتی است که در ادامه کم و بیش با پاسخ آنها بیشتر آشنا خواهیم شد.

در سال ۱۹۶۵ گوردون مور، یکی از بنیان گذاران اینتل پیش بینی ای ارائه داد که طی آن با یک حساب سرانگشتی باید تعداد ترانزیستور های یک مدار فشرده IC هر سال دو برابر شود. البته در سال ۱۹۷۵ خود او این قانون را اصلاح کرد و بازه دو برابر شدن تعداد ترانزیستور ها را به هر دو سال تغییر داد. همچنین دیوید هاوس یکی از مدیران اجرایی اینتل نسخه دیگری از این پیش بینی ارائه کرد که با توحه به در نظرگیری دو فاکتور تعداد و سرعت ترانزیستور ها هر ۱۸ ماه عملکرد چیپ ها افرایش می یابد.

این قانون مسلماً نه یک قانون فیزیکی و طبیعی بلکه یک مشاهده و هدف گذاری است و برای سالها محرک R&D صنایع الکترونیک بوده. در دهه اول این قانون با سرعت بالاتری پیش می رفت. نسخه دوم این قانون از سال ۱۹۷۵ تا ۲۰۱۲ برقرار بود. اما همانگونه که انتظار می رفت این قانون در سال های اخیر به حد اشباع خود نزدیک می شود.

هر مدار مجتمع یا IC به طور معمول مجموعه ای از ترانزیستور های سیایکونی (سیلیسیومی) دو تایی CMOS ااست. این ترانزیستور ها بر پایه یک تک کریستال سیلیکونی با تکنبک هایی از حمله نفوذ دهی، اکسیداسیون، لایه نشانی، اچ کردن و لیتوگرافی ساخته می شوند. هنگامی که عنوان می شود تعداد ترانزیستور در چیپ بالا می رود، این به معنی کاهش سایز ترانزیستور هاست. پارامتری که نمایانگر تکنولوژی چیپ IC از لحاظ کوچک سازی است را Feature size می نامند. این پارامتر به طول کوچک ترین بخش IC گفته می شود که معمولاً به طول کانال ترانزیستور (که با خط قرمز در تصاویر نمایش داده شده) اطلاق می شود.

روند کاهش Feature size را در نمودار پایین مشاهده می نمایید. البته عنوان می شود که بشر به انتهای این روند نزدیک شده و عدد حداقل ۸ تا nm 10 را پایان تکنولوژی کوچک سازی مدار های معمول IC های حافظه و پروسسور امروزی عنوان می کنند. علت این امر پدیده مکانیک کوانتومی تونل زنی است. در واقع ترانزیستور دو حالت وصل و قطع بین سورس و درین (S و D در تصویر شماتیک بالا) دارد که با اعمال ولتاژ به گیت (G در تصویر) کنترل می شود. به زبان ساده در طول های کمتر از nm 10 الکترون ها به راحتی از فاصله کانال (Feature size) پرش می کند و در واقع ترانزیستور همیشه در حالت وصل قرار دارد و دیگر عملاً از کار افتاده است. البته این محدودیت با تغییر کوچکی در ساختار ترانزیستور به nm 5 کاهش خواهد یافت.

این تکنولوژی به پایان خود نزدیک می شود و پیش بینی می شود که در سال ۲۰۲۰ بشر به نود nm 5 دست یابد. ولی آیا این انتهای تکنولوژی کوچک سازی IC هاست؟ امروزه محققین پاسخ این سوال را در تغییر تکنولوژی جستجو می کنند. تغییر ماده از سیلیکون به نانولوله های کربنی، کامپیوتر های کوانتومی و کامپیوتر های زیستی تعدادی از تکنولوژی های جایگزین پیشنهادی برای تکنولوژی رایج سیلیکونی است.

مراجع

  • https://www.qualcomm.com/news/releases/2017/11/08/qualcomm-datacenter-technologies-announces-commercial-shipment-qualcomm
  • http://www.monolithic3d.com/blog/is-there-a-fundamental-limit-to-miniaturizing-cmos-transistors1
  • https://en.wikipedia.org/wiki/Moore%27s_law#Consequences_and_limitations
  • http://ece-research.unm.edu/jimp/vlsi/slides/c1_tech.html

پیام خسروی

دکتری مهندسی مواد از دانشگاه صنعتی اصفهان

This Post Has One Comment

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

7 − چهار =

Back To Top
×بستن جستجو
جستجو