النانو تكنولوجى تدخل فى مستقبل الذكاء
الالكترونى
عرض
مجموعة من العلماء توجها جديدا فى التعامل مع الكربون بطريقة النانوتكنولوجى حيث
تفتح الطريق للتصنيع التجارى لشرائح ذكية للكمبيوترات أصغر بشكل كبير وأسرع وأكثر
قوة فقد تم وضع ( 10000 ترانزستور ) مصنوع من مواسير مكونة من الكربون بحجم النانو
وتم تجربتها فى شريحة ذكية باستخدام عمليات شبه الموصلات وسيتم إعداد الأدوات
الكربونية لتستبدل بتكنولوجيا السيليكون حيث أنها تتفوق عليها كثيرا فى الأداء مما
يسمح بتصغير مكونات الكمبيوتر بشكل أكبر وفتح الطريق أمام مستقبل الالكترونيات
متناهية الصغر .
فلقد
كانت تكنولوجيا المعالجات الدقيقة قد استمرت عبر العديد من التجارب فى تحسين
الأداء عبر خاصيتين : 1 ) التضاؤل فى
الحجم 2 ) التحسن فى الأداء
بمساعدة
تطور سريع عبر ( 4 عقود ) حيث قامت ثورة تكنولوجيا المعلومات فقد توالت صناعة الترانزستور
عن طريق استخدام مادة السيليكون الموجودة فى رمال الصحارى وإن المحولات الصغيرة
التى تحمل المعلومات على الشرائح بحجم أصغر عاما بعد عام ويتم الاقتراب من الحدود
الفيزيائية ففى خلال أجيال قليلة قادمة لم يكن من المتوقع أن يثمر التحجيم
والانكماش عن فوائد إضافية فى مجال ترشيد الطاقة والتكلفة الأقل والسرعة الأكبر
للمعالجات .
وتمثل
أنابيب الكربون النانوية فئة جديدة من المواد شبه الموصلة ذات صفات كهربائية أكثر
جاذبية من السيليكون خصوصا فى مجال بناء أجهزة الترانزستور بأبعاد النانو والتى
تصل إلى عرض بضع عشرات من الذرات كما أن الالكترونات فى الترانزستور الكربونى يصبح
فى مقدوره أن تنتقل بسهولة أكبر من القدرة على الانتقال فى الأجهزة المصممة من
السيليكون مما يسمح بانتقال أسرع للمعلومات فإن تصميم الأنابيب الكربونية النانوية
ذو شكل مثالى للترانزستور ذى الأبعاد الذرية وهو ما يميزه عن السيليكون وهذه
الصفات من ضمن أسباب استبدال السيليكون التقليدى بالكربون فبالإضافة للتصاميم
الجديدة لبناء الشرائح الكمبيوترية القائمة على عنصر الكربون بحيث سيسمح بتطوير
الكمبيوترات على المستوى الصغير فى المستقبل .
حيث
تمهد الطريقة التى تم تطويرها فى معامل ( A.B.M
) الطريق لصناعة دوائر بعدد أكبر من ترانزستورات أنابيب الكربون النانوية المتركزة
على أوضاع عدة محددة سلفا فالقدرة على عزل أنابيب الكربون النانوية شبه الموصلة
ووضع أدوات من الكربون عالى الكثافة على شريحة أساسية لتقييم مناسبتها للتكنولوجية
وسنحتاج لأكثر من مليار ترانزستور للدمج معا فى الشرائح التجارية حيث استطاع
العلماء وضع ( 100 ) من أدوات أنابيب الكربون النانوية بحيث لا يقترب حتى من الحد
الأدنى المطلوب لمواجهة المواضيع المحورية فى ما يخص التطبيقات التجارية .
إن
أبحاث العلوم الفيزيائية فى شركة ( A0B0M
) فإن أنابيب الكربون النانوية ولدت من قلب الكيمياء وكانت مجرد أشياء مثيرة
للاهتمام داخل المعامل فيما يخص التطبيقات فى مجال الميكرو الكترونيات فإن اتخاذ
الخطوات الأولى نحو تكنولوجيا جديدة بصناعة ترانزستورات من أنابيب الكربون
النانوية فى بنية تحتية من صناعات الشرائح التقليدية فالدافع للعمل على
ترانزستورات أنابيب الكربون النانوية أنه عندما يصبح فى مقاييس النانو المتناهية
الصغر فإن آداءه يفوق آداء الترانزستور المصنوع من أى مادة أخرى لكن التحديات التى
يجب مواجهتها تكمن فى النقاء المتناهى لأنابيب الكربون النانوية ومصاعب تحديد
مكانها بدقة فى أبعاد النانو .
فلقد
بدأت دراسة أنابيب الكربون النانوية بسبب الفيزياء المنبثقة من أبعادها الذرية
وأشكالها ولكى يتم فحصها من قبل العلماء فى تطبيقات ممتدة من الدوائر المدمجة
لتخزين الطاقة وتحويلها للاستشعار فى الطب الحيوى ومجال ( DNA ) .
الطريق
إلى الكربون :
الكربون
مادة أساسية موجودة فى الطبيعة منها تصنع كريستالات صلبة كالماس أو سائلة كالرصاص
كالذى يستخدم فى أقلام الرصاص ولها تطبيقات متعددة فى مجال الذكاء الاصطناعى .
وأنابيب
الكربون النانوية هى شرائح فردية الذرة من الكربون يتم لفها فى هيئة أنابيب وتمثل
أنبوبة الكربون النانوية قلب جهاز الترانزستور الذى سيعمل بطريقة مشابهة
لترانزستور السيليكون ولكن بجودة أداء أعلى ويمكن استخدامها بدلا من الترانزستور
الموجود فى الشرائح الذكية التى تشحن السيرفرات التى تتولى هضم البيانات
والكمبيوترات المتقدمة والهواتف الذكية فائقة السرعة .
ولقد
قام الباحثون والعلماء فى شركة ( A.B.M
) بعرض قدرة ترانزستورات أنابيب الكربون النانوية على العمل بكفاءة شديدة كمحولات
على أبعاد جزيئية أقل من ( 10 نانومتر ) ما يعادل حجما أقل سمكا بمقدار ( 10000
مرة ) من الشعرة الآدمية وأقل من نصف حجم تكنولوجيا السيليكون الأكثر تقدما
فالنماذج الشاملة للدوائر الالكترونية توضح أنه بالإمكان تحسين الأداء من
( 5 :
10 مرات ) أكثر بالمقارنة بدوائر السيليكون .
تحديات
عملية :
يوجد
تحديات عملية تواجه تحول أنابيب الكربون النانوية لتكنولوجيا تجارية بسبب النقاء
ووضع الأجهزة بحيث تأتى أنابيب الكربون النانوية بشكل طبيعى كمزيج من الأنواع
المعدنية وشبه الموصلات بحيث يتم وضعها بشكل متقن على سطح الشرائح لصنع الدوائر
الكهربائية والأنابيب شبه الموصلة ما يفيد فى تشغيل الأجهزة وتتطلب أساسا نزع
الأنابيب المعدنية لمنع أى خطأ فى الدوائر الالكترونية والكهربائية حيث تتم
السيطرة على ترتيب وضع أنابيب الكربون النانوية على الأرض كى يحدث الاندماج على
مستوى كبير .
و حيث
طور باحثو ( A.B.M ) طريقة مبتكرة تعتمد على كيمياء التبادل
الأيونى التى تسمح بتموضع دقيق ومحكم لأنابيب الكربون النانوية بمحاذاة بعضها
البعض فى وسط عالى الكثافة فتوجد ترتيبان للكمية أعلى من التجارب حيث يسمح بوضع
محكم للأنابيب الفائقة الصغر بشكل فردى بكثافة تصل لمليار أنبوبة لكل سم مربع .
حيث
تبدأ العملية بخلط أنابيب الكربون النانوية ( Surfactant ) وهو نوع من الصابون الذى يجعلها تذوب فى الماء وتتكون الأرضية
من نوعين من الأكاسيد مع خنادق من اكسيد الهفنيوم وما تبقى من أكسيد السليكون حيث
يتم غمر الأرضية فى محلول أنابيب الكربون النانوية فتلتصق الأنابيب النانوية عبر
ارتباط كيميائى فى مناطق أوكسيد الهفنيوم بينما يظل باقى السطح نظيفا .
وبمزج
الكيمياء مع التصنيع والخبرة الهندسية تمكن باحثو ( A.B.M
) من تصنيع أكثر من
( 10000
ترانزستور ) على شريحة ذكية واحدة فإن الاختبار السريع لآلاف الأجهزة أصبح ممكنا
باستخدام أدوات كشف بأحجام كبيرة نظرا لتوافقها مع عوامل المعايير التجارية .
بما إن
التكنولوجيا الجديدة يمكن تطبيقها باستخدام كيماويات شائعة والتصنيع القائم لشبه
الموصلات فسوف يسمح للصناعة أن تعمل بأنابيب الكربون النانوية على نطاق أكبر حيث
تصل لابتكارات أخرى فى الكترونيات الكربون .
نرمين نزار
تنقيح / أسامة ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف
27 / 9 / 2015
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق