إنتل تبتكر تقنيات جديدة لصناعة الترانزستورات

[Eng.Junior]

تمكن باحثو إنتل من اكتشاف مواد جديدة تحل محل تلك المستخدمة في تصنيع الرقاقات منذ أكثر من 30 عاماً. ويعتبر هذا الابتكار اختراقاً هاماً في عالم تصنيع الرقاقات، مع سعي هذه الصناعة المستمر لتقليص معدل تسريب التيار الكهربائي في الترانزستورات. وجدير بالذكر أن هذه المشكلة تزداد أهمية بالنسبة لمصنعي الرقاقات خاصة في ضوء الاتجاه المتزايد لوضع أعداد أكبر من الترانزستورات على شرائح السليكون.
وقد طور باحثو إنتل ترانزستورات ذات أداء عال مستخدمين في ذلك مادة جديدة تسمى High-K لعوازل البوابات (gate dielectric) ومواد معدنية جديدة لبوابات الترانزستور. والبوابة تشغل الترانزستور وتوقفه، أما عازل البوابة فهو مادة رقيقة توضع تحت الترانزستور. وسوياً، تساعد المواد الجديدة على تقليص تسريب التيار الكهربائي الذي يؤدي إلى انخفاض طاقة البطارية ويُولَد حرارة غير مرغوب فيها. وتقول إنتل أن مادة High-K الجديدة تخفض معدل التسريب بأكثر من 100 مرة مقارنة بمادة ثاني أكسيد السليكون (SiO2) المستخدمة طوال العقود الثلاثة الماضية.
وكانت صناعة أشباه الموصلات تبحث منذ سنوات عن مواد جديدة للبوابة، لكن الصعوبات التقنية حالت دون حصول تطبيقات عملية. و علق سونلين تشو، نائب الرئيس والمدير العام لمجموعة التكنولوجيا والتصنيع في إنتل قائلاً: "إن هذا هو العرض المقنع الأوّل الذي يبرهن أن موادّ البوّابة الجديدة ستمكّن الترانزستورات من أن تعمل بشكل أفضل، وأن تتغلب على الحدود الجوهرية لمادة ثاني أكسيد السليكون التي تخدم الصناعة منذ أكثر من ثلاثة عقود. سوف تستخدم إنتل هذا التقدّم النوعي مع الابتكارات الأخرى، مثل السليكون المضغوط والترانزستورات ثلاثية البوابات (tri-gate), لتمديد تدريج الترانزستور وقانون مور".
وفقاً لقانون مور، يتضاعف عدد الترانزستورات على الرقاقة كل سنتين تقريباً، ما ينتج عنه المزيد من المزايا، وأداء أعلى، وتكلفة أقل لكل وحدة ترانزستور. وللمحافظة على وتيرة التطور هذه، يجب أن يستمر حجم الترانزستورات في الانكماش. ولكن، ومع المواد المستخدمة حالياً، بلغت القدرة على تصغير حجم الترانزستورات إلى أقصى حدودها، بسبب مشكلات تسريب الطاقة وارتفاع الحرارة. ولهذا، فمن الضروري لاستمرارية قانون مور أن تعتمد صناعة الرقاقات مواد جديدة وهيكليات مبتكرة.

حل High-K والبوابة المعدنية
يحتوي كل ترانزستور على مادة عازلة تسمى gate-dielectric والتي تعتبر حيوية لتشغيله. وقد كانت مادة ثاني أكسيد السليكون طوال الثلاثين سنة الماضية المادة المفضلة لهذا العنصر المهم في صناعة الترانزستور بفضل قابلية تصنيعها وقدرتها على توفير أداء محسن مستمر وبأحجام أصغر.
وقد نجحت إنتل في تصغير عوازل ثاني أكسيد السليكون إلى أحجام تصل سماكتها حتى 1،2 نانومتر (nm)، أي ما يوازي خمس طبقات ذرية فقط. وكلما رقت سماكة مادة ثاني أكسيد السليكون، يزيد معدل تسريب التيار الكهربائي من خلال gate-dielectric ما يؤدي إلى هدر الطاقة ونشر حرارة غير مرغوبة. ولحل هذه المشكلة، تنوي إنتل استبدال المادة المستخدمة حالياً بمادة high-k أكثر سماكة في gate-dielectric مما يخفض بقدر كبير معدل تسريب التيار الكهربائي.
والجزء الثاني من الحل هو تطوير مادة معدنية للبوابة، لأن مادة العزل الجديدة ليست متوافقة مع بوابة الترانزستور الحالية. وجمع high-k gate dielectric مع البوابة المعدنية يسمح بتقليص معدل تسريب التيار بنسبة كبيرة بينما يحافظ على أداء الترانزستور العالي جداً. وتعتقد إنتل أن هذه الاكتشافات الجديدة يمكن دمجها في عملية تصنيع اقتصادية لتصنيع الرقاقات بأعداد كبيرة.
وتهدف إنتل إلى دمج الترانزستورات المصنعة بواسطة هذه المواد الجديدة، في معالجات إنتل المستقبلية بحلول العام 2007، وذلك لتشكل جزءاً من عملية التصنيع 45-نانومتر التي تعتمدها الشركة.