กฎของมัวร์คืนชีพ!พบวิธีทำซิลิกอนระดับนาโนเมตรแล้ว

 

กฎของมัวร์ที่เคยมีข้อจำกัดฟื้นคืนชีพอีกครั้งหนึ่งแล้ว เมื่อนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยไรซ์และมหาวิทยาลัยแห่งมลรัฐนอร์ธแคโรไลน่าได้ค้นพบวิธีการใหม่ในการเติมโมเลกุลเข้าไปในสารกึ่งตัวนำชนิดซิลิกอนได้แล้ว ซึ่งจะช่วยให้ผู้ผลิตสามารถพัฒนาไมโครโปรเซสเซอร์ให้เล็กลงและมีประสิทธิภาพมากขึ้น และเป็นการก้าวพ้นขีดจำกัดของกฎของมัวร์ได้แล้ว

 

กฎของมัวร์นั้นเคยใช้ได้กับช่วงแรกเริ่มพัฒนาไมโครโปรเซสเซอร์ โดยกอร์ดอน มัวร์ ผู้ร่วมก่อตั้งบริษัทอินเทลได้กล่าวไว้ในปี 1965 ว่า จำนวนของทรานซิสเตรอ์ที่บรรลุได้ในวงจรรวมวงจรหนึ่งจะเพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่าในระยะเวลา 18 เดือน แต่ในช่วงหลังๆนี้ กฎของมัวร์กลับไม่สามารถใช้ได้ เนื่องจากมีข้อจำกัดบางอย่างเกิดขึ้นแล้ว และแม้แต่มัวร์เองก็เคยบอกเอาไว้ว่ากฎนี้ก็ไม่ใช่ว่าจะใช้ได้อย่างไม่จำกัดเช่นกัน

 

“สิ่งที่ท้าทายนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่คือการก้าวข้ามขีดจำกัดในการ‘โดป‘ซิลิกอนให้ได้ โดยการโดปนี้เป้นกระบวนการที่จำเป็นต่อการสร้างซิลิกอนให้กลายมาเป็นหัวใจหลักของวงจรรวมสมัยใหม่ได้” ศาสตราจารย์เจมส์ ทัวร์ ศาสตราจารย์ด้านเคมี,วิศวกรเครื่องกล,นักวิทยาศาสตร์วัสดุและคอมพิวเตอร์แห่งมหาวิทยาลัยไรซ์กล่าว

 

การโดปนี้จะนำสารเจือปนเติมเข้าไปยังผลึกซิลิกอนบริสุทธิ์เพื่อให้ซิลิกอนนั้นมีคุณสมบัตินำประจุไฟฟ้าได้ตามที่ต้องการ โดยจะใช้อะตอมของธาตุโบรอน, อาร์ซินิค หรือฟอสฟอรัส เติมลงไปในสัดส่วน 1 : 100 ล้านส่วนของซิลิกอน

 

แต่เมื่อผู้ผลิตใส่ทรานซิสเตอร์เข้าไปในวงจรรวมมากขึ้นเพื่อให้วงจรมีขนาดเล็กลง  การโดปนี้ก็เกิดปัญหาขึ้นจนได้

 

“ถ้าทำให้ซิลิกอนเล็กลงจริงๆจนถึงระดับนาโนแล้ว จะได้โครงสร้างที่มีปริมาตรเล็กมากแต่มีประสิทธิภาพมาก จะทำอย่างนั้นได้จะต้องใส่อะตอมของสารเจือปนเข้าไปในซิลิกอนเพื่อให้มันทำงานเป็นสารกึ่งตัวนำ แต่ตอนนี้ ยิ่งพยายามทำให้เล็กเท่าไหร่ก็จะยิ่งทำให้สารที่ได้ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน อุปกรณ์ชิ้นหนึ่งอาจจะมีอะตอมของสารเจือปืนมากกว่าอีกชิ้นหนึ่งก็ได้ และความไม่สม่ำเสมอนี้แหละที่จะเป็นปัญหา”

 

บริษัทผู้ผลิตพยายามจะใส่อุปกรณ์(ทรานซิสเตอร์)ลงไปในชิปตัวเดียวราวๆ 1,000 ล้านตัว โดยจะใหทุกตัวทำงานได้แบบเดียวกัน แต่เมื่อต้องการทำวงจรขนาดเล็กที่มีความกว้าง 45 นาโนเมตรนั้นกลับมีปัญหาอย่างมาก เปรียบเทียบง่ายๆคือเล็กกว่าเส้นผมมนุษย์ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 100,000 นาโนเมตรมากมายนัก

 

แต่จากงานวิจัยชิ้นนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบทางออกแล้ว คือแทนที่จะนำสารเจือปนนั้นไปผสม ก็จะใช้วิธีเคลือบที่ผิวของซิลิกอนแทน แต่ยังทำให้ซิลิกอนทำงานได้แบบเดียวกับการโดปลงไป และยังทำงานในระดับนาโนเมตรได้มีประสิทธิภาพดีกว่าอีกด้วย

 

“เราเรียกว่าซิลิกอนที่ผ่านการ Afterburner แล้ว เราจะใส่ชั้นพิเศษที่เป็นชั้นของโมเลกุลเข้าไปอีกชั้นหนึ่งบริเวณพื้นผิว วิธีการนี้ไม่ใช่การโดปแบบที่ใช้กับการเติมสารเจือปน แต่ก็สามารถทำงานแบบเดียวกันอย่างมีประสิทธิภาพ” ศ.ทัวร์ กล่าว

 

ศ.ทัวร์ยังได้บอกอีกด้วยว่า ก่อนหน้านี้หลายปีที่นักวิทยาศาสตร์พยายามหาบางสิ่งมาแทนที่ซิลิกอนเพื่อการพัฒนาคอมพิวเตอร์ระดับโมเลกุลให้ได้ ซึ่ง ศ.ทัวร์มองว่าไม่คุ้มเอาซะเลย

 

“บางทีมันก็ยากนะที่จะแข่งกับอะไรที่มีค่าเป็นล้านล้านดอลล่าร์ และมีคนเป็นล้านลงทุนกับมัน ฉะนั้นเราจึงตัดสินใจที่จะพัฒนาให้มันสมบูรณ์แบบ แทนที่จะไปแทนที่มัน”

 

ศ.ทัวร์คาดหวังว่าวงการอุตสาหกรรมจะหันมาสนใจกระบวนการของเขานี้ ซึ่งต่อไปอาจจะนำโมเลกุลของคาร์บอนมาสร้างพันธะกับซิลิกอนด้วยก็ได้

 

“เรื่องนี้น่าจะมีประโยชน์ต่อวงการอุตสาหกรรมซิลิกอนนะ เราอยากจะเข้าไปในโรงงานแล้วพูดว่า ‘ให้เราช่วยทำให้งานของคุณอยู่กับคุณไปนานๆเถอะ ให้เราช่วยทำสิ่งที่คุณมีอยู่ให้สมบูรณ์เถอะ‘ “

 

“ผมว่าอินเทล, ไมครอน และก็ซัมซุงน่าจะกำลังสนใจอยู่นะ ผมรับประกันได้เลยว่าพวกเขาจะต้องลองนำวิธีนี้ไปใช้ดูแน่นอน”

 

แปลจาก : http://www.sciencedaily.com/releases/2009/07/090723113700.htm