Цахим технологийн хөгжлийн шинэ үе шат эхэллээ. Америкийн Пенсильванийн их сургуулийн эрдэмтэд цахиур ашиглаагүй, зөвхөн хоёр хэмжээст (2D) материал дээр тулгуурласан дэлхийн анхны компьютерийг амжилттай бүтээжээ. Энэхүү дэвшил нь уламжлалт цахиурын хэрэглээнээс татгалзах шинэ боломжийг нээж байна.
Цахиурын дараах эринд хийсэн томоохон алхам
Цахиур нь олон арван жилийн турш ухаалаг утас, компьютер, цахилгаан машин зэрэгт хэрэглэгдэж ирсэн хамгийн чухал материал байсаар ирсэн. Гэвч эрдэмтдийн үзэж буйгаар, ирэх жилүүдэд түүний ноёрхол сулрах төлөвтэй байна. Тус судалгаанд оролцсон баг MoS₂ буюу молибдений дисульфид болон WSe₂ буюу вольфрамын диселенид зэрэг 2D материалуудыг ашиглан, энгийн логик үйлдлүүдийг гүйцэтгэх чадвартай компьютер бүтээжээ.
Эдгээр 2D материалууд нь цахиураас нимгэн, атомын түвшинд хэмжигдэхүйц нимгэн бөгөөд их хэмжээний хуудас болгон ургуулах боломжтой, мөн цахилгаан шинж чанараа алддаггүй нь тэдгээрийг ирээдүйн электроникийн гол материал болгох нөхцлийг бүрдүүлж байна.
Компьютерийг хэрхэн бүтээв?
Эрдэмтэд CMOS буюу комплементар металл-оксид-хагас дамжуулагч төхөөрөмжийг бүтээхийн тулд цахиурын оронд хоёр төрлийн 2D материал ашиглажээ. Тэд n-тип транзисторт MoS₂, харин p-тип транзисторт WSe₂ хэрэглэсэн байна.
“Цахиур нь олон арван жилийн турш талбарын транзистор (FET)-ын тасралтгүй багасалтыг дэмжиж ирсэн” гэж Акли сургуулийн инженерийн профессор Саптарши Дас тайлбарлав. “Гэвч цахиурын төхөөрөмжүүд улам багасах тусам гүйцэтгэл нь муудсаар байна. Харин 2D материалууд нь атомын түвшний нимгэн байдалд ч цахилгаан шинж чанараа хадгалж чаддаг тул энэ нь ирээдүйн хөгжлийн амжилттай гарц юм.”
CMOS технологийн нарийн төвөгтэй байдал
CMOS схем нь өндөр гүйцэтгэл ба бага эрчим хүчний зарцуулалтыг хослуулахын тулд n болон p төрлийн хагас дамжуулагчийг хамтад нь ажиллуулах шаардлагатай. Өмнө нь 2D материалууд жижиг схемүүдэд амжилттай хэрэглэгдэж байсан ч бүрэн хэмжээний компьютер бүтээхэд хүрэлцээгүй байсан юм.
“Энэ бол бидний ажлын гол дэвшил” хэмээн Дас онцолжээ. “Бид анх удаа зөвхөн хоёр хэмжээст материалууд дээр суурилсан CMOS компьютерыг бүтээж, MoS₂ ба WSe₂ бүхий транзисторуудыг өргөн хэмжээний аргаар нэгтгэж чадлаа.”
Шинэлэг үйлдвэрлэлийн арга
Судалгааны баг MOCVD (метал-органик уурын фазын химийн хуримтлал)-ийг ашиглан 2D материалуудын том хэмжээний хуудас бий болгож, MoS₂ болон WSe₂-ийн тус бүрийн 1000 гаруй транзисторыг бүтээжээ. Тэд транзисторын ажиллах хязгаарыг (порогийн хүчдэл) нарийвчлан тохируулж, бүтээх болон дараах боловсруулалтын шат бүрийг нягт хянасан байна.
Үүний үр дүнд бүрэн ажиллах чадвартай CMOS схемүүдийг бий болгож чаджээ.
“Манай 2D CMOS компьютер нь бага хүчдэлийн орчинд, эрчим хүчний маш бага зарцуулалттайгаар, 25 килогерц хүртэлх давтамжид энгийн логик үйлдлүүдийг гүйцэтгэх чадвартай” хэмээн тус судалгааны тэргүүлэх зохиогч, инженерчлэлийн ухааны докторант Субир Гхош онцоллоо.
Ирээдүйд хөгжүүлэх боломж
Гхошын хэлснээр, энэхүү компьютерын гүйцэтгэл одоогийн цахиурт суурилсан CMOS системээс удаан байгаа ч нэг төрлийн команд ашиглан үндсэн логик үйлдлүүдийг бүрэн гүйцэтгэх чадвартай. Мөн тэд туршилтаас гарсан өгөгдлүүд дээр үндэслэн тооцооллын загвар боловсруулж, гүйцэтгэлийг цахиурын орчин үеийн технологитой харьцуулжээ.
“Цаашид илүү нарийн сайжруулалт шаардлагатай боловч энэ судалгаа бол 2D материалуудыг ашиглан электроникийн салбарт хувьсгал хийх боломжтойг харуулсан чухал алхам юм” хэмээн Гхош тайлбарласан.
Дас мөн дараах байдлаар нэмж хэлжээ: “Цахиурын технологи ойролцоогоор 80 жил хөгжсөн бол 2D материалын судалгаа 2010 оноос эхэлсэн. Энэ нь 2D компьютерын хөгжил ч гэсэн үе шаттайгаар явагдахыг харуулж байгаа ч бид цахиурын хөгжлийн шугамаас давсан дэвшил хийсэн.”
Энэхүү амжилтын ард Пенсильванийн их сургуулийн 2D Crystal Consortium (2DCC-MIP) платформ техникийн болон туршилтын дэмжлэг үзүүлсэн бөгөөд судалгаа нь Nature сэтгүүлд нийтлэгдсэн байна.
