ট্রানজিস্টর প্রযুক্তির বিকাশ এবং ভবিষ্যতের দিকনির্দেশনা

ট্রানজিস্টর প্রযুক্তিতে ঐতিহাসিক উন্নয়ন এবং মূল অগ্রগতি

ট্রানজিস্টর এবং মূল উদ্ভাবকদের আবিষ্কার

আধুনিক ইলেকট্রনিক্স সত্যিই এগিয়ে যেতে শুরু করে যখন ১৯৪৭ সালে বেল ল্যাবসের তিনজন ব্যক্তি উইলিয়াম শকলি, জন বার্ডিন এবং ওয়াল্টার ব্র্যাটেন পয়েন্ট কন্টাক্ট ট্রানজিস্টর তৈরি করেন। এর আগে সবকিছুই সেই বিশাল ভ্যাকুয়াম টিউবের উপর নির্ভর করত যা প্রচুর পরিমাণে বিদ্যুৎ খরচ করত এবং ভেঙে যাওয়ার ঝুঁকিতে থাকত। তাদের তৈরি নতুন সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইসগুলি অনেক ছোট ছিল, অনেক কম বিদ্যুৎ ব্যবহার করত এবং গ্যাজেটগুলিকে আকারে নাটকীয়ভাবে সঙ্কুচিত করতে সাহায্য করত। কয়েক বছর পরে ১৯৫১ সালে, শকলি তার জংশন ট্রানজিস্টর নামক সংস্করণটি নিয়ে আসেন যা সময়ের সাথে সাথে আরও ভাল কাজ করে এবং শিল্পগুলিতে ব্যাপক ব্যবহারের জন্য এই উপাদানগুলির উৎপাদনকে ব্যবহারিক করে তোলে। এটি মূলত আজ আমরা যে সমস্ত ধরণের ইলেকট্রনিক উদ্ভাবনকে স্বাভাবিক বলে মনে করি তার জন্য ফ্লাডগেট খুলে দেয়।

পদার্থের বিবর্তন: জার্মেনিয়াম থেকে সিলিকনে

প্রথম ট্রানজিস্টর জার্মেনিয়ামের উপর নির্ভর করত কারণ এটি একটি অর্ধপরিবাহী উপাদান হিসেবে বেশ ভালো কাজ করত। তবে, যখন তাপমাত্রা প্রায় ৭৫ ডিগ্রি সেলসিয়াসের বেশি হয়ে যেত, যা বেশিরভাগ শিল্প ব্যবহারের জন্য তাদের অবিশ্বস্ত করে তুলেছিল। ১৯৬০-এর দশকের মাঝামাঝি সময়ে পরিস্থিতি বদলে যায় যখন সিলিকন প্রধান উপাদান হিসেবে স্থান নিতে শুরু করে। সিলিকন অনেক বেশি তাপ সহ্য করতে পারত, কম কারেন্ট লিক হত এবং শিল্পে মানসম্মত হয়ে উঠছিল এমন অক্সাইড ইনসুলেটরগুলির সাথে আরও ভাল কাজ করত। ডোপিং প্রক্রিয়ার মাধ্যমে স্ফটিক বৃদ্ধি এবং অমেধ্য যোগ করার পদ্ধতি উন্নত হওয়ার সাথে সাথে, নির্মাতারা ধারাবাহিকভাবে সিলিকন ওয়েফার তৈরি করতে শুরু করে। সময়ের সাথে সাথে এই উন্নয়ন সেমিকন্ডাক্টরগুলিকে ছোট এবং আরও শক্তিশালী করার জন্য সত্যিই গুরুত্বপূর্ণ হয়ে ওঠে।

ক্ষুদ্রাকৃতিকরণ এবং সমন্বিত সার্কিটের উত্থান

১৯৫৮ সালে, টেক্সাস ইন্সট্রুমেন্টসের জ্যাক কিলবি এবং ফেয়ারচাইল্ড সেমিকন্ডাক্টরের রবার্ট নয়েস বেশ যুগান্তকারী কিছু আবিষ্কার করেছিলেন: ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট। এই ছোট্ট বিস্ময়কর আবিষ্কারটি সমস্ত পৃথক ইলেকট্রনিক যন্ত্রাংশগুলিকে একটি বোর্ডে ছড়িয়ে ছিটিয়ে রাখার পরিবর্তে সিলিকনের একটি টুকরোতে স্থাপন করেছিল। ৭০-এর দশকের মাঝামাঝি সময়ে আমরা বৃহৎ পরিসরে ইন্টিগ্রেশন শুরু হতে দেখেছি, প্রতিটি চিপে হাজার হাজার ক্ষুদ্র ট্রানজিস্টর জড়ো করা হয়েছিল। গর্ডন মুর সেই সময়ে যে ভবিষ্যদ্বাণী করেছিলেন যে প্রতি কয়েক বছরে কম্পিউটারের শক্তি দ্বিগুণ হবে তার সাথে এটি ঠিক সঙ্গতিপূর্ণ ছিল। সময়ের সাথে সাথে, ফটোলিথোগ্রাফি কৌশল এবং ফ্ল্যাট চিপ তৈরির আরও ভাল উপায়গুলির মতো জিনিসগুলিতে উন্নতি ডিজিটাল বিশ্বের রাজা হিসাবে সিলিকনের ভূমিকায় সত্যিই আবদ্ধ। এই অগ্রগতিগুলি কেবল আমাদের দৈনন্দিন কম্পিউটারগুলিকেই নয়, স্মার্টফোন, সার্ভার পরিচালিত ওয়েবসাইট এবং এমনকি আধুনিক ডেটা সেন্টারের কিছু অংশকেও সম্ভব করেছে যা ইন্টারনেটকে ঘুরিয়ে রাখে।

মুরের সূত্র এবং সিলিকন-ভিত্তিক ট্রানজিস্টরের স্কেলিং সীমা

ট্রানজিস্টর ক্ষুদ্রাকৃতিকরণ এবং মুরের সূত্রের গতিপথ

মুরের আইন মূলত বলে যে একটি চিপে ট্রানজিস্টরের সংখ্যা প্রায় প্রতি দুই বছরে দ্বিগুণ হয়, এবং এটি কম্পিউটারের অগ্রগতিকে চালিত করে আসছে ১৯৬৫ সালে গর্ডন মুর তার বিখ্যাত ভবিষ্যদ্বাণী করার পর থেকে। সংখ্যাগুলি দেখে আমরা দেখতে পাই যে ট্রানজিস্টরগুলি ৭০-এর দশকে প্রায় ১০ মাইক্রোমিটার আকারের ছিল, যা ২০২৩ সালে এখন ৫ ন্যানোমিটারেরও কম, যা গতি এবং এই চিপগুলি কতটা দক্ষতার সাথে কাজ করে তা উভয়ই বাড়িয়েছে। ডেনার্ড স্কেলিং নামে একটি জিনিস ছিল যা ট্রানজিস্টর ছোট হওয়ার সাথে সাথে বিদ্যুৎ খরচ স্থির রাখত, কিন্তু লিকেজ কারেন্ট এবং তাপ ব্যবস্থাপনার সমস্যার কারণে ২০০৪ সালের দিকে এটি ভেঙে পড়তে শুরু করে। ২০২৪ সালের একটি সাম্প্রতিক সেমিকন্ডাক্টর স্কেলিং রিপোর্ট অনুসারে, এই সমস্ত কিছু শিল্পকে কেবল একক কোর দ্রুততর করার পরিবর্তে একাধিক কোর ব্যবহারের দিকে পরিচালিত করেছে, তাই নির্মাতারা ঘড়ির গতি বাড়ানোর চেষ্টা করার পরিবর্তে সমান্তরাল প্রক্রিয়াকরণের উপর বেশি মনোযোগ দিচ্ছেন।

ন্যানোস্কেলে ভৌত চ্যালেঞ্জ: সংক্ষিপ্ত চ্যানেল প্রভাব এবং লিকেজ কারেন্ট

যখন আমরা ৫এনএম-এর নিচে মাত্রায় পৌঁছাই, তখন কোয়ান্টাম টানেলিং এবং বিরক্তিকর পরজীবী ক্যাপাসিট্যান্সের কারণে জিনিসগুলি সত্যিই জটিল হয়ে উঠতে শুরু করে। ইলেকট্রনগুলি আর প্রত্যাশা অনুযায়ী আচরণ করে না, তারা টানেলিং প্রভাবের মাধ্যমে গেট বাধা অতিক্রম করে চলে যায়। এটি বিভিন্ন ধরণের লিকেজ কারেন্ট তৈরি করে যা আসলে একটি চিপের মোট শক্তির প্রায় ৩০% ব্যবহার করতে পারে, গত বছরের পোনেমনের গবেষণা অনুসারে। এবং ছোট চ্যানেল প্রভাবগুলি দেখলে পরিস্থিতি আরও খারাপ হয় যা থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজ কতটা স্থিতিশীল থাকে তার সাথে বিশৃঙ্খলা সৃষ্টি করে। ২০২২ সালে IEEE গবেষণায় উল্লেখ করা হয়েছে যে এই ক্ষুদ্র নোডগুলিতে তারতম্য প্রায় ১৫% বৃদ্ধি পায়। এই সমস্ত সমস্যা একে অপরের উপর স্তূপীকৃত হয় এবং শক্তির ঘনত্ব পরিচালনাকে অত্যন্ত চ্যালেঞ্জিং করে তোলে। ফলস্বরূপ, নির্মাতাদের অত্যাধুনিক কুলিং সিস্টেমে প্রচুর বিনিয়োগ করতে হয়েছে, যা সাধারণত এই অত্যাধুনিক চিপগুলির সামগ্রিক উৎপাদন খরচে ২০% থেকে ৪০% যোগ করে।

মুরের আইন কি এখনও টেকসই? শিল্পের দৃষ্টিভঙ্গি এবং টার্নিং পয়েন্ট

ট্রানজিস্টরের সংখ্যা ক্রমশ বাড়ছে, কিন্তু পুরনো স্কেলিং পদ্ধতিগুলি এখন আর পরিচিতদের কাছ থেকে খুব বেশি পছন্দ হচ্ছে না। গত বছরের IEEE-এর এক জরিপ অনুসারে, প্রায় দুই-তৃতীয়াংশ সেমিকন্ডাক্টর ইঞ্জিনিয়ার মনে করেন মুরের আইন মূলত বাধাগ্রস্ত হয়েছে। দশজনের মধ্যে মাত্র একজন আশা করেন যে আমরা শীঘ্রই 1nm-এর নিচে ব্যবহারিক সিলিকন চিপ দেখতে পাব। বেশিরভাগ কোম্পানি সবকিছুকে এক টুকরোতে সঙ্কুচিত করার চেষ্টা করার পরিবর্তে 3D চিপ স্ট্যাকিং এবং বিভিন্ন উপাদান একসাথে মিশ্রিত করার দিকে মনোনিবেশ করছে। সাম্প্রতিক প্রবণতাগুলি দেখে, প্রযুক্তি জগৎ ছোট ট্রানজিস্টরগুলি কীভাবে তৈরি হয় সে সম্পর্কে কম এবং পুরো সিস্টেমগুলি কীভাবে একসাথে কাজ করে সে সম্পর্কে বেশি চিন্তা করছে বলে মনে হচ্ছে। সেমিকন্ডাক্টর উন্নয়নে প্রকৃত অগ্রগতি কী তা নিয়ে চিন্তা করার ক্ষেত্রে এটি একটি বড় পরিবর্তন চিহ্নিত করে।

উদ্ভাবনী ট্রানজিস্টর স্থাপত্য: FinFET থেকে গেট-অল-অ্যারাউন্ড এবং তার বাইরে

প্ল্যানার থেকে 3D FinFET এবং ন্যানোশিট ট্রানজিস্টরে রূপান্তর

ফ্ল্যাট প্ল্যানার ট্রানজিস্টর থেকে অভিনব 3D FinFET কাঠামোতে স্থানান্তর বিদ্যুৎ নিয়ন্ত্রণের ক্ষেত্রে বেশ পরিবর্তন এনেছে। এখানে কৌশলটি হল এই ছোট্ট সিলিকন ফিনের চারপাশে গেটটি সোজা করে রাখা, যা অবাঞ্ছিত লিকেজ কমায় এবং 22 ন্যানোমিটারেরও বেশি জিনিস সঙ্কুচিত করা সম্ভব করে তোলে। তারপরে ন্যানোশিট ট্রানজিস্টরগুলি এই ধারণাটিকে আরও এগিয়ে নিয়ে যায়, ইঞ্জিনিয়ারদের তাদের প্রয়োজনীয় ভোল্টেজের উপর নির্ভর করে পরিবাহী চ্যানেলগুলির প্রস্থ কত তা সামঞ্জস্য করতে দেয়। শিল্প যা খুঁজে পেয়েছে তা দেখে, এই ত্রিমাত্রিক নকশাগুলি 3nm এর চেয়ে ছোট আকারে নামলে ভালভাবে কাজ করে, যা 28nm এর কাছাকাছি পৌঁছানোর পরে পুরানো প্ল্যানার ডিজাইনগুলির সাথে সম্ভব ছিল না কারণ লিকেজ এবং অপচয় হওয়া বিদ্যুৎ সমস্যাগুলি সম্পূর্ণরূপে নিয়ন্ত্রণের বাইরে চলে গিয়েছিল।

গেট-অল-অ্যারাউন্ড (GAA) এবং পরিপূরক FET (CFET) প্রযুক্তি

গেট-অল-অরাউন্ড (GAA) ট্রানজিস্টর ডিজাইন FinFET প্রযুক্তিকে পরবর্তী স্তরে নিয়ে যায়, প্রতিটি দিক থেকে চ্যানেলটিকে সম্পূর্ণরূপে গেট উপাদান দিয়ে মোড়ানোর মাধ্যমে। এই সম্পূর্ণ কভারেজ বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যের উপর অনেক ভালো নিয়ন্ত্রণ প্রদান করে এবং অবাঞ্ছিত লিকেজ প্রায় 40 শতাংশ কমিয়ে দেয়। এছাড়াও, এই ডিভাইসগুলি দ্রুত সুইচ স্টেট দেয় এবং 2nm চিহ্ন অতিক্রম করলে ভালভাবে কাজ করে। এদিকে, পরিপূরক FET (CFET) কাঠামো n-টাইপ এবং p-টাইপ ট্রানজিস্টর উভয়কেই উল্লম্বভাবে স্ট্যাক করে জিনিসগুলিকে আরও এগিয়ে নিয়ে যায়। এই চতুর বিন্যাসটি চিপ পৃষ্ঠে আরও জায়গার প্রয়োজন ছাড়াই একই স্থানে কতগুলি লজিক উপাদান ফিট করে তা দ্বিগুণ করে। GAA এবং CFET উভয় পদ্ধতিই ইলেকট্রস্ট্যাটিক প্রভাব পরিচালনা করার চেষ্টা করার সময় এবং সেমিকন্ডাক্টর বৈশিষ্ট্যগুলি পারমাণবিক মাত্রায় সঙ্কুচিত হওয়ার সাথে সাথে লেআউটগুলিকে অপ্টিমাইজ করার সময় নির্মাতাদের মুখোমুখি হওয়া কিছু গুরুতর সমস্যা মোকাবেলা করে।

সাব-২এনএম নোডের জন্য শিল্প গ্রহণ রোডম্যাপ: স্যামসাং, টিএসএমসি এবং ইন্টেল

শীর্ষস্থানীয় সেমিকন্ডাক্টর ফাউন্ড্রিগুলি সাব-২এনএম ফ্যাব্রিকেশন প্রক্রিয়ার কাছাকাছি চলে আসছে, যদিও বর্তমান অনুমান অনুসারে আমরা ২০২৫ সালের দিকে গেট-অল-অরাউন্ড (GAA) ট্রানজিস্টরগুলির ব্যাপক উৎপাদন দেখতে পাব। বেশিরভাগ শিল্প রোডম্যাপ এখন চিপগুলিতে আরও ট্রানজিস্টর লাগানোর পরিবর্তে কম শক্তি ব্যবহার করে আরও ভাল কর্মক্ষমতা অর্জনের উপর জোর দেয়। কিছু পাইলট সুবিধাগুলি সেই অভিনব মনোলিথিক 3D কাঠামো তৈরির জন্য হাইব্রিড বন্ধন কৌশলগুলির সাথে পরীক্ষা-নিরীক্ষা শুরু করেছে, যা দেখায় যে কোম্পানিগুলি কীভাবে সম্পূর্ণ সিস্টেমগুলি একসাথে কাজ করে সে সম্পর্কে বৃহত্তর চিত্র চিন্তা করছে। এই প্রযুক্তিগুলির ধীর প্রবর্তনটি তুলে ধরে যে কেন অত্যাধুনিক লিথোগ্রাফি সরঞ্জাম এবং উন্নত ডিপোজিশন সিস্টেমে এত অর্থ প্রবাহিত হচ্ছে। এই ব্যয়বহুল আপগ্রেড ছাড়া, পুরো শিল্পটি বেশ দ্রুত বন্ধ হয়ে যাবে।

ক্রমাগত স্কেলিং এর জন্য মনোলিথিক 3D ইন্টিগ্রেশন এবং স্ট্যাকড CMOS

মনোলিথিক 3D ইন্টিগ্রেশনের মাধ্যমে নির্মাতারা ক্রমিক ফ্যাব্রিকেশন কৌশল ব্যবহার করে একটি সাবস্ট্রেটে বেশ কয়েকটি সক্রিয় স্তর তৈরি করতে পারেন। স্ট্যাকড CMOS প্রযুক্তির সাথে মিলিত হলে, এই সেটআপটি মেমরি উপাদানগুলির ঠিক পাশে লজিক সার্কিটগুলিকে একীভূত করা সম্ভব করে তোলে। আমরা এখন SRAM-এর মতো জিনিসগুলিকে সরাসরি কম্পিউট কোরের নীচে স্থাপন করতে দেখছি। স্তরগুলির মধ্যে তাপীয় সমস্যা এবং এক স্তর থেকে অন্য স্তরে সংকেত প্রাপ্তি এখনও সমস্যা তৈরি করে। তবে কম তাপমাত্রার উৎপাদন পদ্ধতিতে সাম্প্রতিক উন্নতি এবং সিলিকন ভায়াসের মাধ্যমে আরও ভালো (সিলিকন ওয়েফারের মাধ্যমে সরাসরি যাওয়া সেই ক্ষুদ্র সংযোগগুলি) ইঙ্গিত দেয় যে 2026 সালের দিকে AI অ্যাক্সিলারেটর এবং এজ কম্পিউটিং ডিভাইসের জন্য প্রকৃত পণ্য বাজারে আসবে? কিছু বিশেষজ্ঞ মনে করেন যে এই ধরণের স্থানিক স্কেলিং মুরের আইনকে প্রায় দশ বছর ধরে জীবিত রাখতে পারে, আমরা অন্য দেয়ালে আঘাত করার আগে।

উদীয়মান উপকরণ এবং পরবর্তী প্রজন্মের চ্যানেল প্রযুক্তি

ট্রানজিস্টর চ্যানেলে 2D উপকরণ: MoS₂, WS₂, এবং WSe₂ এর মতো TMD

ট্রানজিশন মেটাল ডাইচালকোজেনাইডস, অথবা সংক্ষেপে TMDs নামক পদার্থগুলির মধ্যে রয়েছে মলিবডেনাম ডাইসালফাইড (MoS2) এবং টাংস্টেন ডিসেলেনাইড (WSe2)। এই পদার্থগুলি পারমাণবিক স্তরে অত্যন্ত পাতলা এবং ইলেকট্রনগুলিকে তাদের মধ্য দিয়ে বেশ দ্রুত চলাচল করতে দেয়। যখন আমরা সত্যিই ক্ষুদ্র সেমিকন্ডাক্টর বৈশিষ্ট্যগুলি দেখি, তখন এই TMDগুলি মাত্র 0.7 ভোল্টে কাজ করার সময় 10 এর উপরে 8 পাওয়ারের শক্তিতে অন/অফ কারেন্ট অনুপাত আঘাত করতে পারে। 2023 সালে IMEC-এর কিছু সাম্প্রতিক গবেষণা অনুসারে এটি আসলে সিলিকন যা করতে পারে তার চেয়ে প্রায় 74 শতাংশ ভাল। এই উপাদানগুলি স্তরগুলিতে একত্রিত হওয়ার পদ্ধতিটি সেই বিরক্তিকর সংক্ষিপ্ত চ্যানেল প্রভাবগুলিকে নিয়ন্ত্রণ করতে সহায়তা করে এমনকি যখন বৈশিষ্ট্যগুলি প্রায় 5 ন্যানোমিটারে নেমে আসে। এই বৈশিষ্ট্যের কারণে, অনেক গবেষক বিশ্বাস করেন যে TMDগুলি আগামী বছরগুলিতে পরবর্তী প্রজন্মের কম্পিউটার চিপ এবং অন্যান্য লজিক ডিভাইসের জন্য গুরুত্বপূর্ণ বিল্ডিং ব্লক হতে পারে।

2D সেমিকন্ডাক্টরের কর্মক্ষমতা সুবিধা এবং তৈরির চ্যালেঞ্জ

তাদের সম্ভাবনা থাকা সত্ত্বেও, ওয়েফার-স্কেল ডিপোজিশনের সময় ত্রুটির ঘনত্বের কারণে TMD-এর ব্যাপক গ্রহণ বাধাগ্রস্ত হয়। নির্বাচিত এরিয়া এপিট্যাক্সি ট্র্যাপ স্টেট 63% কমিয়েছে, তবুও <3% ত্রুটির ঘনত্ব উচ্চ-ভলিউম উৎপাদনের জন্য প্রয়োজনীয় রয়ে গেছে - এটি এখন পর্যন্ত শুধুমাত্র পরীক্ষাগার পরিবেশে অর্জিত একটি মানদণ্ড (2024 সেমিকন্ডাক্টর রোডম্যাপ)।

সিলিকনের বাইরে: ভবিষ্যতের বিকল্প হিসেবে কার্বন ন্যানোটিউব এবং গ্রাফিন

কার্বন ন্যানোটিউব দিয়ে তৈরি ট্রানজিস্টরগুলি প্রায় ১৫ ন্যানোমিটার লম্বা হলেও ইলেকট্রনগুলিকে বিক্ষিপ্ত না করে সরলরেখায় স্থানান্তর করতে পারে। এটি তাদের স্যুইচিং গতি দেয় যা ঐতিহ্যবাহী সিলিকন FinFET প্রযুক্তির তুলনায় প্রায় তিনগুণ দ্রুত। কিন্তু একটি সমস্যা আছে। গবেষকরা এখনও কাইরালিটি (যা বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য নির্ধারণ করে) নিয়ন্ত্রণ করতে এবং ধারাবাহিক ডোপিং ফলাফল পেতে লড়াই করছেন, যার ফলে ধারাবাহিকভাবে নির্ভরযোগ্য ডিভাইস তৈরি করা কঠিন হয়ে পড়ে। গ্রাফিন আরেকটি আকর্ষণীয় উদাহরণ উপস্থাপন করে। যদিও এর আশ্চর্যজনক পরিবাহিতা রয়েছে, তবে এর প্রাকৃতিক ব্যান্ডগ্যাপ নেই যা এটিকে স্ট্যান্ডার্ড ডিজিটাল সার্কিটের জন্য অনুপযুক্ত করে তোলে। যদিও গ্রাফিন এবং ষড়ভুজাকার বোরন নাইট্রাইড স্তরের সংমিশ্রণে কিছু আশাব্যঞ্জক কাজ হচ্ছে। এই হাইব্রিড কাঠামোগুলি নির্দিষ্ট অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে বিশেষ ব্যবহার খুঁজে পেতে পারে যেখানে তাদের অনন্য বৈশিষ্ট্যগুলি কার্যকরভাবে ব্যবহার করা যেতে পারে।

বিদ্যমান অর্ধপরিবাহী প্রক্রিয়াগুলির সাথে উপাদানের সামঞ্জস্য এবং একীকরণ

নিয়মিত উৎপাদনে 2D উপকরণ আনার প্রচেষ্টাটি HZO-এর মতো উচ্চ-কে ডাইইলেক্ট্রিকের সাথে ভালোভাবে কাজ করে এমন পারমাণবিক স্তর জমা পদ্ধতির উপর কেন্দ্রীভূত। 2024 সালে একটি শিল্প গোষ্ঠীর সাম্প্রতিক তথ্য দেখায় যে বেশিরভাগ ফ্যাব্রিকেশন সুবিধা ইতিমধ্যেই এই উপকরণগুলির জন্য সরঞ্জাম পরীক্ষা করছে। 10টির মধ্যে 8টিতে এখন 2D উপাদান প্রক্রিয়াকরণের জন্য কিছু ধরণের টুলিং সেটআপ রয়েছে। কিন্তু উৎপাদনের পিছনে এখনও একটি সমস্যা রয়েছে যেখানে নতুন ধাতব সংযোগ তৈরি করতে হবে। সমস্যাটি হল তাপ সংবেদনশীলতা কারণ অনেক প্রক্রিয়া উপাদানগুলিকে ক্ষতি না করে 400 ডিগ্রি সেলসিয়াসের বেশি হতে পারে না। এই তাপমাত্রার সীমাবদ্ধতা প্রকৌশলীদের কর্মক্ষমতা হ্রাস না করে এই উন্নত উপকরণগুলিকে সঠিকভাবে সংযুক্ত করার জন্য সৃজনশীল সমাধান খুঁজে বের করতে বাধ্য করে।

শক্তি দক্ষতা এবং প্রয়োগ-চালিত ট্রানজিস্টর উদ্ভাবন

আইওটি এবং সেন্সর নেটওয়ার্কের জন্য অতি-নিম্ন শক্তির ট্রানজিস্টর ডিজাইন

২০৩০ সালের মধ্যে আইওটি ডিভাইসের সংখ্যা প্রায় ২৯ বিলিয়ন ছুঁয়ে যাবে বলে আশা করা হচ্ছে, যার অর্থ ট্রানজিস্টরদের স্ট্যান্ডবাই মোডে ১ মাইক্রোঅ্যাম্পেরও কম বিদ্যুৎ খরচ করতে হবে যাতে জিনিসপত্র দক্ষতার সাথে চলতে পারে। সাম্প্রতিক গবেষণায় দেখা গেছে যে সাবথ্রেশহোল্ড সার্কিট এবং সেই টানেল ফিল্ড ইফেক্ট ট্রানজিস্টরগুলি যা আমরা সম্প্রতি শুনে আসছি, স্ট্যান্ডার্ড MOSFET প্রযুক্তির তুলনায় লিকেজ কারেন্ট প্রায় ৬০ শতাংশ কমাতে পারে। বাস্তব বিশ্বের অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য এর আসলে কী অর্থ? আচ্ছা, এটি পরিবেশগত পর্যবেক্ষণ ব্যবস্থা এবং এমনকি কিছু ইমপ্লান্টেবল মেডিকেল গ্যাজেটকে একক চার্জে বছরের পর বছর ধরে চলতে দেয় এবং তাদের কাজ সঠিকভাবে করার জন্য পর্যাপ্ত প্রক্রিয়াকরণ শক্তি বজায় রাখে। সেমিকন্ডাক্টর শিল্প সত্যিই এই উদ্ভাবনগুলিকে এগিয়ে নিয়ে যাচ্ছে কারণ তারা জানে যে বিভিন্ন ক্ষেত্রে দীর্ঘস্থায়ী ব্যাটারি কতটা গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠছে।

শক্তি-দক্ষ ট্রানজিস্টর ডিজাইনের মাধ্যমে পরিবেশবান্ধব প্রযুক্তি সক্ষম করা

সৌর ইনভার্টারে ব্যবহার করা হলে সর্বশেষ সিলিকন কার্বাইড (SiC) এবং গ্যালিয়াম নাইট্রাইড (GaN) ট্রানজিস্টরগুলি প্রায় 99.3% দক্ষতা অর্জন করছে, যা প্রতি বছর প্রায় 2.1 মিলিয়ন টন CO2 নির্গমন কমাতে সাহায্য করে। জ্বালানি অবকাঠামো প্রতিবেদনের সাম্প্রতিক গবেষণায় দেখা গেছে যে 2020 সালের পরিসংখ্যান রেকর্ড করার পর থেকে এই উন্নত সুইচিং উপাদানগুলি স্মার্ট গ্রিড অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে বিদ্যুৎ ক্ষতি প্রায় 40% কমিয়েছে। নির্মাতারা এখন ওয়েফার লেভেল প্যাকেজিং কৌশলগুলির দিকেও ঝুঁকছেন। এই পদ্ধতিটি কেবল সেই বিরক্তিকর প্রতিরোধী ক্ষতি হ্রাস করে না বরং উৎপাদন সুবিধাগুলির ব্যাপক ওভারহল ছাড়াই বর্তমান 300 মিমি ফ্যাব্রিকেশন সরঞ্জামগুলির সাথেও সুন্দরভাবে কাজ করে।

ভবিষ্যতের অ্যাপ্লিকেশন: নিউরোমরফিক কম্পিউটিং, এআই এবং পরিধানযোগ্য ইলেকট্রনিক্স

ফেরোইলেকট্রিক FETs (FeFETs) ব্যবহার করে নিউরোমরফিক চিপগুলি GPU-এর তুলনায় প্রতি সিনাপটিক অপারেশনে 1,000 গুণ বেশি শক্তি দক্ষতা অর্জন করে - যা নেটওয়ার্ক প্রান্তে দক্ষ AI স্থাপনা সক্ষম করে। নমনীয় জৈব পাতলা-ফিল্ম ট্রানজিস্টরগুলি এখন 20 cm²/V·s গতিশীলতা অর্জন করে এবং 500টি নমন চক্র সহ্য করে, টেকসই, ধোয়া যায় এমন স্বাস্থ্য মনিটরগুলিকে সমর্থন করে।

বাস্তব-বিশ্বের প্রয়োগের চাহিদার সাথে ট্রানজিস্টর উদ্ভাবনকে সামঞ্জস্যপূর্ণ করা

আধুনিক ট্রানজিস্টর ডিজাইন প্রয়োগের চাহিদার উপর ভিত্তি করে অন-কারেন্ট (আইওএন), স্যুইচিং গতি, খরচ এবং স্থায়িত্বের ভারসাম্য বজায় রাখে। অটোমোটিভ-গ্রেড ট্রানজিস্টরগুলি ১৭৫°C তাপমাত্রায় নির্ভরযোগ্যভাবে কাজ করে, যেখানে বায়োমেডিকেল ভেরিয়েন্টগুলি ১৫ বছরের জীবনকাল ধরে কঠোর ০.১% ব্যর্থতা-হারের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে। এই প্রয়োগ-নির্দিষ্ট পদ্ধতি নিশ্চিত করে যে প্রযুক্তিগত অগ্রগতি বাস্তব-বিশ্বের নির্ভরযোগ্যতা এবং মূল্যে রূপান্তরিত হয়।

সাধারণ জিজ্ঞাসা

১৯৪৭ সালে বেল ল্যাবসের প্রধান সাফল্য কী ছিল?

১৯৪৭ সালে, বেল ল্যাবসের বিজ্ঞানীরা পয়েন্ট কন্টাক্ট ট্রানজিস্টর আবিষ্কার করেন। এর ফলে ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলি পূর্বে ব্যবহৃত ভ্যাকুয়াম টিউবের তুলনায় অনেক ছোট এবং আরও দক্ষ হয়ে ওঠে।

ট্রানজিস্টরে জার্মেনিয়ামের চেয়ে সিলিকন কেন পছন্দের উপাদান হয়ে উঠল?

১৯৬০-এর দশকের মাঝামাঝি সময়ে সিলিকন জার্মেনিয়ামকে পছন্দের অর্ধপরিবাহী উপাদান হিসেবে প্রতিস্থাপন করে কারণ এটি উচ্চ তাপমাত্রা সহ্য করতে পারে, কম লিকেজ ছিল এবং অক্সাইড ইনসুলেটরের সাথে আরও ভালোভাবে কাজ করে।

মুরের সূত্র কী এবং কেন এটি তাৎপর্যপূর্ণ?

মুরের আইন ভবিষ্যদ্বাণী করে যে একটি চিপে ট্রানজিস্টরের সংখ্যা প্রায় প্রতি দুই বছরে দ্বিগুণ হবে, যা গণনার শক্তি এবং দক্ষতার অগ্রগতিকে চালিত করবে।

FinFET এবং GAA প্রযুক্তি কী?

FinFET এবং Gate-All-Around (GAA) হল উন্নত ট্রানজিস্টর আর্কিটেকচার যা উন্নত বৈদ্যুতিক নিয়ন্ত্রণ এবং লিকেজ কমিয়ে দেয়, যা এগুলিকে ছোট চিপ আকারের জন্য উপযুক্ত করে তোলে।

ট্রানজিস্টর প্রযুক্তিতে 2D উপকরণ কী এবং তাদের ভূমিকা কী?

টিএমডি-র মতো 2D উপকরণগুলিতে পাতলা পারমাণবিক স্তর থাকে যা আরও ভালো ইলেকট্রন চলাচলের সুযোগ করে দেয়, যা ভবিষ্যতের সেমিকন্ডাক্টরের জন্য ঐতিহ্যবাহী সিলিকন স্তরের তুলনায় সম্ভাব্য দক্ষতার সুবিধা প্রদান করে।

ট্রানজিস্টর উদ্ভাবন কীভাবে শক্তি দক্ষতায় অবদান রাখে?

অতি-কম শক্তির নকশা এবং শক্তি-সাশ্রয়ী উপকরণ সহ ট্রানজিস্টর উদ্ভাবন, IoT ডিভাইস, সৌর প্রযুক্তি এবং স্মার্ট গ্রিডগুলিতে বিদ্যুৎ খরচ উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে।