ٹرانزسٹر ٹیکنالوجی کا ترقی اور مستقبل کے رجحانات

ٹرانزسٹر ٹیکنالوجی میں تاریخی ترقی اور بنیادی پیش رفت

ٹرانزسٹر کا ایجاد اور اہم موجدین

جدید الیکٹرانکس کی اصل شروعات تب ہوئی جب بیل لیبز کے ان تین افراد ولیم شاکلی، جان بارڈین، اور والٹر بریٹین نے 1947 میں پوائنٹ کانٹیکٹ ٹرانزسٹر تخلیق کیا۔ اس سے پہلے، ہر چیز بھاری ویکیوم ٹیوبز پر منحصر تھی جو بہت زیادہ بجلی استعمال کرتی تھیں اور خراب ہونے کی زیادہ امکان رکھتی تھیں۔ انہوں نے جو نئی سیمی کنڈکٹر ڈیوائسز تیار کیں وہ بہت چھوٹی تھیں، بجلی کا بہت کم استعمال کرتی تھیں، اور آلات کے سائز میں نمایاں کمی کی اجازت دیتی تھیں۔ چند سال بعد 1951 میں، شاکلی نے اپنا ورژن جنکشن ٹرانزسٹر پیش کیا جو وقتاً فوقتاً بہتر کام کرتا گیا اور صنعتوں میں وسیع پیمانے پر استعمال کے لیے ان اجزاء کی تیاری کو عملی بنایا۔ اس کی بنیاد پر اُن تمام قسم کی الیکٹرانک ایجادات کا دروازہ کھل گیا جنہیں ہم آج معمول کی بات سمجھتے ہیں۔

مواد کی ترقی: جرمنیم سے سلیکون تک

پہلی ٹرانزسٹر جرمینیم پر انحصار کیا جاتا تھا کیونکہ یہ سیمی کنڈکٹر مواد کے طور پر کافی اچھی طرح کام کرتا تھا۔ تاہم، جب درجہ حرارت تقریباً 75 ڈگری سیلسیس سے زیادہ ہوتا تھا تو ایک مسئلہ پیدا ہو جاتا تھا، جس کی وجہ سے وہ زیادہ تر صنعتی مقاصد کے لیے ناقابل اعتماد ہو جاتے تھے۔ 1960 کی دہائی کے وسط کے دوران حالات تبدیل ہونے لگے جب سلیکان کو ترجیح دی جانے لگی۔ سلیکان زیادہ حرارت برداشت کر سکتا تھا، اس میں کرنٹ کا رساو کم تھا، اور صنعت میں معیاری بننے والے آکسائیڈ عایقوں کے ساتھ بہتر کام کرتا تھا۔ جیسے جیسے کرسٹلز اگانے اور ڈوپنگ کے عمل کے ذریعے شوائب شامل کرنے کے طریقے بہتر ہوتے گئے، پیداواری ادارے باقاعدگی سے سلیکون ویفرز تیار کرنا شروع ہو گئے۔ وقتاً فوقتاً سیمی کنڈکٹرز کو چھوٹا اور طاقتور بنانے کے لیے یہ ترقی نہایت اہم ثابت ہوئی۔

تصغیر اور انضمامی سرکٹس کا ظہور

1958 میں، ٹیکساس ان سٹرومینٹس کے جیک کِلبی اور فیئرچائلڈ سیمی کنڈکٹر کے رابرٹ نوائس نے ایک بہت بڑی تبدیلی لاگئی: انٹیگریٹڈ سرکٹ۔ اس چھوٹی سی حیرت انگیز ایجاد نے تمام علیحدہ الیکٹرانک اجزاء کو بورڈ پر منتشر ہونے کی بجائے سلیکان کے ایک ٹکڑے پر اکٹھا کر دیا۔ وسطِ دہائی 70 تک بڑے پیمانے پر انضمام (لارج اسکیل انٹیگریشن) کا آغاز ہوا، جس میں ہر چپ پر ہزاروں چھوٹے ٹرانزسٹرز کو سمونا گیا۔ یہ بالکل اسی طرح تھا جیسا کہ گورڈن مور نے اس وقت پیش گوئی کی تھی کہ کمپیوٹر کی صلاحیت ہر چند سال بعد دُگنی ہوتی رہے گی۔ وقت گزرنے کے ساتھ، فوٹولیتھوگرافی کی تکنیکوں اور چپس بنانے کے بہتر طریقوں میں بہتری نے سلیکان کو ڈیجیٹل دنیا کا بادشاہ بنانے کا کام مکمل کر دیا۔ ان ترقیات کی بدولت نہ صرف ہمارے روزمرہ کے کمپیوٹرز ممکن ہوئے بلکہ اسمارٹ فونز، ویب سائٹس چلانے والے سرورز، اور جدید ڈیٹا سینٹرز کے وہ حصے بھی ممکن ہوئے جو انٹرنیٹ کو چلا رہے ہیں۔

مور کا قانون اور سلیکون بیسڈ ٹرانزسٹرز کی اسکیلنگ حدود

ٹرانزسٹر کی ننی صورت اور مور کے قانون کا رخ

مور کا قانون بنیادی طور پر یہ کہتا ہے کہ ایک چپ پر ٹرانزسٹرز کی تعداد تقریباً ہر دو سال بعد دگنی ہو جاتی ہے، اور 1965 میں گورڈن مور کی جانب سے اس کی مشہور پیش گوئی کے بعد سے یہ کمپیوٹر کی ترقی کی رہنمائی کر رہا ہے۔ اعداد و شمار کو دیکھتے ہوئے، ہم دیکھتے ہیں کہ 70 کی دہائی میں ٹرانزسٹرز کا سائز تقریباً 10 مائیکرو میٹر تھا جو اب 2023 میں 5 نینو میٹر سے بھی کم ہو چکا ہے، جس نے چپس کی رفتار اور کارکردگی دونوں میں نمایاں اضافہ کیا ہے۔ ایک چیز تھی جسے ڈینارڈ اسکیلنگ کہا جاتا تھا جو ٹرانزسٹرز کے چھوٹا ہونے کے ساتھ طاقت کے استعمال کو مستحکم رکھتی تھی، لیکن 2004 کے لگ بھگ رساؤ کی موجودگی اور حرارت کے انتظام کے مسائل کی وجہ سے یہ خراب ہونا شروع ہو گئی۔ حالیہ 2024 کی ایک سیمی کنڈکٹر اسکیلنگ رپورٹ کے مطابق، اس سب کی وجہ سے صنعت نے ایک ہی کور کو تیز کرنے کے بجائے متعدد کورز استعمال کرنے کی طرف موڑ لیا، چنانچہ تیار کنندگان زیادہ تر متوازی پروسیسنگ پر توجہ مرکوز کر رہے ہیں بجائے گھڑی کی رفتار کو مزید بڑھانے کی کوشش کرنے کے۔

نانو سطح پر جسمانی چیلنجز: مختصر چینل کے اثرات اور رساؤ کرنٹ

جب ہم سب-5nm ابعاد تک پہنچتے ہیں، تو کوانٹم ٹنلنگ اور ان مصیبت والی جزوی کیپیسیٹنس کی وجہ سے چیزیں واقعی مشکل ہو جاتی ہیں۔ الیکٹران اب ویسے نہیں چلتے جیسے متوقع ہوتا ہے، وہ ٹنلنگ اثرات کے ذریعے گیٹ رکاوٹوں کو براہ راست عبور کر جاتے ہیں۔ اس سے تمام قسم کے رساؤ والے کرنٹس پیدا ہوتے ہیں جو ایک چپ میں کل توانائی کا تقریباً 30 فیصد استعمال کر سکتے ہیں، جیسا کہ پونیمن کی گزشتہ سال کی تحقیق میں بتایا گیا تھا۔ اور یہ صورتحال مختصر چینل کے اثرات کو دیکھتے ہوئے بدتر ہو جاتی ہے جو تھریشولڈ وولٹیج کی استحکام کو درہم برہم کر دیتے ہیں۔ آئی ای ای ای کی 2022 کی مطالعات کے مطابق ان بہت چھوٹے نوڈس پر تغیرات تقریباً 15 فیصد تک بڑھ جاتے ہیں۔ یہ تمام مسائل ایک دوسرے پر جمع ہو کر طاقت کی کثافت کو منظم کرنا نہایت مشکل بنا دیتے ہیں۔ نتیجے کے طور پر، مینوفیکچررز کو ان جدید ترین چپس کی تیاری کی کل لاگت میں عام طور پر 20 فیصد سے 40 فیصد تک اضافہ کرتے ہوئے پیچیدہ کولنگ سسٹمز میں بھاری سرمایہ کاری کرنی پڑتی ہے۔

کیا مور کا قانون اب بھی قائم ہے؟ صنعتی نقطہ نظر اور موڑ کے نکات

ٹرانزسٹرز کی تعداد مسلسل بڑھ رہی ہے، لیکن ماہرین کے درمیان پرانے طریقۂ تناسب کو اب زیادہ پسند نہیں کیا جا رہا۔ گزشتہ سال IEEE کے ایک سروے کے مطابق، تقریباً دو تہائی سیمی کنڈکٹر انجینئرز کا خیال ہے کہ مور کا قانون بنیادی طور پر دیوار سے ٹکرا چکا ہے۔ تقریباً دس میں سے ایک ہی کو توقع ہے کہ قریب المدت میں 1 نینومیٹر سے چھوٹے عملی سلیکون چپس دیکھنے کو ملیں گے۔ زیادہ تر کمپنیاں اب تمام اجزاء کو ایک ہی ٹکڑے میں سمونے کی بجائے 3D چپ اسٹیکنگ اور مختلف اجزاء کو ملانے پر توجہ مرکوز کر رہی ہیں۔ حالیہ رجحانات کو دیکھتے ہوئے، ٹیکنالوجی کی دنیا کو یہ فکر کم ہو رہی ہے کہ ٹرانزسٹرز کتنے چھوٹے ہیں، اور اس بات کی زیادہ اہمیت حاصل ہو رہی ہے کہ تمام نظام کتنے مؤثر طریقے سے کام کرتے ہیں۔ سیمی کنڈکٹر ترقی میں حقیقی پیش رفت کی وضاحت کرنے کے لحاظ سے یہ سوچنے کا ایک بہت بڑا اندازہ تبدیلی ہے۔

جدید ٹرانزسٹر آرکیٹیکچر: فِن فیٹ سے گیٹ-آلات-ایراونڈ اور اس سے آگے

فلیٹ (پلانر) سے 3D فِن فیٹ اور نینو شیٹ ٹرانزسٹرز کی منتقلی

مسطح تختہ والے ٹرانزسٹرز سے الگ ہو کر ان پرکشش 3D فِن فیٹ ڈھانچوں کی طرف جانا بجلی کو بہتر طریقے سے کنٹرول کرنے کے لحاظ سے ایک بڑی تبدیلی تھی۔ یہاں کلید یہ ہے کہ سیلیکون کی اس چھوٹی سی عمودی رِیش (fin) کے گرد گیٹ کو مکمل چاروں طرف لپیٹ دیا جاتا ہے، جس سے ناخواہشیدہ رساؤ کم ہوتا ہے اور 22 نینومیٹر سے چھوٹے سائز تک چیزوں کو سمیٹنا ممکن ہو جاتا ہے۔ پھر نینو شیٹ ٹرانزسٹرز آئے جنہوں نے اس تصور کو مزید آگے بڑھایا، جس سے انجینئرز کو وولٹیج کے تقاضوں کے مطابق ان موصل چینلز کی چوڑائی کو منضبط کرنے کی سہولت ملی۔ صنعت کی دریافت کو دیکھتے ہوئے، یہ تین جہتی ڈیزائن 3 نینومیٹر سے چھوٹے سائز تک مؤثر طریقے سے کام کرتے رہتے ہیں، جبکہ پرانے مسطح ڈیزائنوں کے ساتھ تقریباً 28 نینومیٹر کے قریب پہنچتے ہی رساؤ اور برباد شدہ طاقت کے مسائل اتنے بڑھ گئے تھے کہ وہ بالکل قابو سے باہر ہو چکے تھے۔

گیٹ-آلوِر-راونڈ (GAA) اور کمپلیمنٹری FET (CFET) ٹیکنالوجیز

گیٹ-آلاونگ (GAA) ٹرانزسٹر کا ڈیزائن فِنفیٹ ٹیکنالوجی کو اگلی سطح پر لے جاتا ہے، جس میں چینل کو ہر سمت سے گیٹ میٹیریل سے مکمل طور پر ڈھانپ دیا جاتا ہے۔ اس مکمل کوریج کی وجہ سے برقی خصوصیات پر کنٹرول بہت بہتر ہوتا ہے اور غیر ضروری لیکیج تقریباً 40 فیصد تک کم ہو جاتی ہے۔ نیز، یہ ڈیوائسز زیادہ تیزی سے حالت تبدیل کرتی ہیں اور 2 نینومیٹر سے چھوٹے سائز پر بھی اچھی کارکردگی کا مظاہرہ کرتی ہیں۔ اس کے علاوہ، کمپلیمنٹری فیلڈ ایف ای ٹی (CFET) ساخت اس کو مزید آگے بڑھاتی ہے، جس میں n-ٹائپ اور p-ٹائپ ٹرانزسٹرز کو عمودی طور پر اوپر کی طرف ایک دوسرے کے اوپر رکھا جاتا ہے۔ چپ کی سطح پر جگہ بڑھائے بغیر اس ذہین ترتیب کی وجہ سے اتنی ہی جگہ میں لا جک اجزاء کی گنجائش دُگنی ہو جاتی ہے۔ GAA اور CFET دونوں طریقے وہ سنگین مسائل حل کرتے ہیں جو سیمی کنڈکٹر کی خصوصیات کو ایٹمی سطح تک چھوٹا کرتے وقت پیداواری اداروں کو برقیاتی اثرات کو سنبھالنے اور ڈیزائن کی بہترین ترتیب بنانے میں درپیش ہوتے ہیں۔

ذیلِ 2 نینومیٹر نوڈس کے لیے صنعتی اپنانے کا روڈ میپ: سیمسنگ، TSMC، اور انٹیل

سرکھی سیمی کنڈکٹر فاؤنڈریاں ذیلی 2 نینومیٹر تیاری کے عمل کی طرف بڑھ رہی ہیں، حالانکہ موجودہ تخمینوں کے مطابق ہم 2025 کے لگ بھگ کسی وقت گیٹ-آلا-ایراونڈ (GAA) ٹرانزسٹرز کی بڑے پیمانے پر پیداوار دیکھ سکتے ہیں۔ اب زیادہ تر صنعتی روڈمیپز صرف چپس پر مزید ٹرانزسٹرز کو جمع کرنے کی بجائے کم توانائی استعمال کرتے ہوئے بہتر کارکردگی حاصل کرنے پر توجہ مرکوز کر رہی ہیں۔ کچھ پائلٹ سہولیات نے ان پرکشش منولیتھک 3D ساختوں کو تخلیق کرنے کے لیے ہائبرڈ بانڈنگ کی تکنیکوں کے ساتھ تجربہ شروع کر دیا ہے، جو ظاہر کرتا ہے کہ کمپنیاں پورے نظام کے باہم کام کرنے کے بارے میں وسیع منظر کے بارے میں سوچ رہی ہیں۔ ان ٹیکنالوجیز کی سست رفتار توسیع ان تمام رقم کی وضاحت کرتی ہے جو لیتھوگرافی کے جدید ترین سامان اور جدید ترین ترسیب کے نظام میں لگاتار داخل ہو رہی ہے۔ ان مہنگی تجدید نو کے بغیر، پوری صنعت تیزی سے رک جائے گی۔

جاری اسکیلنگ کے لیے منولیتھک 3D انضمام اور اسٹیکڈ CMOS

ایک جیسی 3D انضمام سے مینوفیکچرز کو ترتیب وار تیاری کی تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے ایک سبسٹریٹ پر متعدد ایکٹیو لیئرز بنانے کی اجازت ملتی ہے۔ جب اسے اسٹیکڈ CMOS ٹیکنالوجی کے ساتھ جوڑا جاتا ہے، تو اس ترتیب کے ذریعے میموری کمپونینٹس کے بالکل قریب لاگک سرکٹس کو ضم کرنا ممکن ہو جاتا ہے۔ اب ہم دیکھ رہے ہیں کہ SRAM کو براہ راست کمپیوٹ کورز کے نیچے رکھا جا رہا ہے۔ تاہم، لیئرز کے درمیان حرارتی مسائل اور ایک لیئر سے دوسری لیئر تک سگنلز حاصل کرنا اب بھی مسائل پیش کرتا ہے۔ لیکن حالیہ بہتریاں کم درجہ حرارت کی تیاری کے طریقوں میں اور بہتر تھرو سلیکان وائیز (سلیکان ویفرز کے سیدھے سیدھے جانے والے چھوٹے کنکشنز) کے ساتھ 2026 کے حدود میں AI ایکسلیٹرز اور ایج کمپیوٹنگ ڈیوائسز کے لیے مارکیٹ میں آنے والی اصل مصنوعات کی طرف اشارہ کرتی ہیں؟ کچھ ماہرین کا خیال ہے کہ اس قسم کی جگہ دار اسکیلنگ موور کے قانون کو اگلے تقریباً دس سالوں تک زندہ رکھ سکتی ہے، اس سے پہلے کہ ہم ایک اور دیوار کے سامنے آجائیں۔

نئی نکلی ہوئی مواد اور اگلی نسل کی چینل ٹیکنالوجیز

ٹرانزسٹر چینلز میں 2D مواد: TMDs جیسے MoS₂، WS₂، اور WSe₂

ٹرانزیشن میٹل ڈائی کیلکوجنائیڈز، یا مختصر TMDs میں مولیبڈینم ڈائی سلفائیڈ (MoS2) اور ٹنگسٹن ڈائی سیلینائیڈ (WSe2) جیسی چیزوں کو شامل کیا جاتا ہے۔ یہ مواد ایٹمی سطح پر بہت پتلے ہوتے ہیں اور ان کے ذریعے الیکٹرانوں کو تیزی سے حرکت کرنے دیتے ہیں۔ جب ہم ننھے سیمی کنڈکٹر خصوصیات کو دیکھتے ہیں، تو یہ TMDs صرف 0.7 وولٹ پر آن/آف کرنٹ تناسب 10 کی طاقت 8 سے زیادہ تک پہنچ سکتے ہیں۔ حال ہی میں IMEC کی 2023 کی تحقیق کے مطابق، یہ سلیکون کے مقابلے میں تقریباً 74 فیصد بہتر ہے۔ ان مواد کا ایک دوسرے پر تہہ در تہہ جمع ہونا ان مختصر چینل کے اثرات کو قابو میں رکھنے میں مدد دیتا ہے، حتیٰ کہ خصوصیات تقریباً 5 نینومیٹر تک کم ہو جانے پر بھی۔ اس خصوصیت کی وجہ سے، آنے والے سالوں میں کئی محققین کا خیال ہے کہ اگلی نسل کے کمپیوٹر چپس اور دیگر منطقی اوزار کی تعمیر میں TMDs اہم تعمیراتی بلاک ثابت ہو سکتے ہیں۔

2D سیمی کنڈکٹرز کے کارکردگی کے فوائد اور تیاری کے چیلنجز

ان کی صلاحیت کے باوجود، وافر سطح پر تہوں کی ترسیب کے دوران عیوب کی کثافت کی وجہ سے ٹی ایم ڈیز کے وسیع پیمانے پر استعمال میں رکاوٹ ہے۔ منتخب علاقے کی اپی ٹیکسی نے ٹریپ اسٹیٹس میں 63 فیصد کمی کی ہے، تاہم زیادہ حجم والی تیاری کے لیے <3 فیصد عیب کثافت کی ضرورت ہوتی ہے—ایک معیار جو اب تک صرف لیبارٹری کے ماحول میں حاصل کیا گیا ہے (2024 سیمی کنڈکٹر روڈ میپ)۔

سیلیکون سے آگے: کاربن نینو ٹیوبز اور گرافین مستقبل کے متبادل کے طور پر

کاربن نینو ٹیوب سے بنے ٹرانزسٹرز واقعی میں الیکٹران کو براہ راست لکیر میں بغیر ادھر اُدھر ہوئے منتقل کر سکتے ہیں جب ان کی لمبائی تقریباً 15 نینومیٹر ہو۔ اس کی وجہ سے ان کی سوئچنگ کی رفتار روایتی سلیکان فِن فیٹ ٹیکنالوجی کے مقابلے میں تقریباً تین گنا تیز ہوتی ہے۔ لیکن ایک مسئلہ ہے۔ محققین اب بھی حیرالیٹی (جو برقی خواص کا تعین کرتی ہے) کو کنٹرول کرنے اور مستقل ڈوپنگ کے نتائج حاصل کرنے میں دشواری کا شکار ہیں، جس کی وجہ سے قابل اعتماد اوزار کی مسلسل پیداوار مشکل ہو جاتی ہے۔ گرافین ایک اور دلچسپ معاملہ پیش کرتا ہے۔ حالانکہ اس کی موصلیت حیرت انگیز ہے، لیکن اس میں قدرتی طور پر بینڈ گیپ نہیں ہوتا جو اسے معیاری ڈیجیٹل سرکٹس کے لیے غیر موزوں بناتا ہے۔ تاہم، گرافین اور شش ضلعی بوران نائٹرائیڈ کی تہوں کے امتزاج کے ساتھ کچھ اُمید افزا کام ہو رہا ہے۔ ان عارضی ساختوں کو ان مخصوص درخواستوں میں مخصوص مقام مل سکتا ہے جہاں ان کی منفرد خصوصیات کو مؤثر طریقے سے استعمال کیا جا سکے۔

موجودہ سیمی کنڈکٹر عمل کے ساتھ مواد کی مطابقت اور یکسر ضمیمہ

2D مواد کو باقاعدہ پیداوار میں لانے کی کوشش مرکوزاتی سطحی ترسیب کے طریقوں پر مرکوز ہے جو HZO جیسے ہائی-کے عایق کے ساتھ اچھی طرح کام کرتے ہیں۔ 2024 میں صنعتی گروپ کے حالیہ اعداد و شمار سے پتہ چلتا ہے کہ زیادہ تر تیاری کی سہولیات پہلے ہی ان مواد کے لیے آلات کی جانچ پڑتال کر رہی ہیں۔ تقریباً ہر 10 میں سے 8 لائنوں میں 2D مواد کی پروسیسنگ کے لیے کسی نہ کسی قسم کا آلات موجود ہے۔ لیکن پیداوار کے آخری مرحلے میں اب بھی ایک مسئلہ درپیش ہے جہاں نئے دھاتی کنکشنز بنانے کی ضرورت ہوتی ہے۔ مسئلہ حرارت کی حساسیت کا ہے کیونکہ بہت سے عمل 400 ڈگری سیلسیس سے زیادہ نہیں جا سکتے بغیر اجزاء کو نقصان پہنچائے۔ درجہ حرارت کی اس حد کی وجہ سے انجینئرز کو ان ترقی یافتہ مواد کو مناسب طریقے سے جوڑنے کے لیے تخلیقی حل تلاش کرنے پر مجبور کیا جاتا ہے بغیر کارکردگی متاثر کیے۔

توانائی کی مؤثریت اور درخواست پر مبنی ٹرانزسٹر کی ترقی

آئیوٹی اور سینسر نیٹ ورکس کے لیے انتہائی کم طاقت والے ٹرانزسٹر کے ڈیزائن

IoT ڈیوائسز کی تعداد کے 2030 تک تقریباً 29 بلین تک پہنچنے کی توقع ہے، جس کا مطلب ہے کہ چیزوں کو موثر طریقے سے چلانے کے لیے بیک اپ موڈ میں ٹرانزسٹرز کو 1 مائیکروایمپ سے کم توانائی استعمال کرنی ہوگی۔ حالیہ تحقیق سے پتہ چلا ہے کہ ذیلی حد کے سرکٹس اور وہ ٹنل فیلڈ ایفیکٹ ٹرانزسٹرز جن کے بارے میں ہم حال ہی میں سنا رہے ہیں، معیاری MOSFET ٹیکنالوجی کے مقابلے میں رساؤ والے کرنٹس کو تقریباً 60 فیصد تک کم کر سکتے ہیں۔ حقیقت میں اس کا کیا مطلب ہے؟ خیر، اس سے ماحولیاتی نگرانی کے نظاموں اور بعض اندرونی طبی آلات کو ایک ہی چارج پر سالوں تک چلنے کی اجازت ملتی ہے، جبکہ اب بھی اپنا کام مناسب طریقے سے کرنے کے لیے کافی پروسیسنگ طاقت موجود ہوتی ہے۔ سیمی کنڈکٹر انڈسٹری واقعی ان ایجادات کو آگے بڑھا رہی ہے کیونکہ وہ جانتی ہے کہ کتنے ہی مختلف شعبوں میں طویل عمر بیٹریاں کتنا اہم ہو رہی ہیں۔

توانائی سے بچت والی ٹرانزسٹر ڈیزائن کے ذریعے سبز ٹیکنالوجی کو فروغ دینا

حالیہ سلیکان کاربائیڈ (SiC) اور گیلیم نائٹرائیڈ (GaN) ٹرانزسٹرز سورج کے انورٹرز میں استعمال ہونے پر تقریباً 99.3 فیصد کارکردگی حاصل کر رہے ہیں، جس سے ہر سال تقریباً 21 لاکھ ٹن CO2 کے اخراج میں کمی آ رہی ہے۔ توانائی کے بنیادی ڈھانچے کی حالیہ رپورٹس سے پتہ چلتا ہے کہ 2020 کی اعداد و شمار کے مقابلے میں ذہین گرڈ کے استعمال میں بجلی کے نقصانات میں تقریباً 40 فیصد کمی واقع ہوئی ہے۔ اب صنعت کار وافر لیول پیکیجنگ کی تکنیک کی طرف رجوع کر رہے ہیں۔ یہ طریقہ نہ صرف تنگ کرنے والے مزاحمتی نقصانات کو کم کرتا ہے بلکہ موجودہ 300 ملی میٹر تیاری کے سامان کے ساتھ بھی بخوبی کام کرتا ہے، بغیر پیداواری سہولیات کو بڑی حد تک دوبارہ تشکیل دیے۔

مستقبل کے اطلاق: نیورومورفک کمپیوٹنگ، مصنوعی ذہانت، اور قابلِ پہننا الیکٹرانکس

فیرو الیکٹرک FETs (FeFETs) کا استعمال کرتے ہوئے نیورومورفک چپس GPUز کے مقابلے میں فی سنیپٹک آپریشن توانائی کی کارکردگی میں 1,000 گنا بہتری حاصل کرتی ہیں—جو نیٹ ورک کے کنارے پر موثر AI کی تشکیل کو ممکن بناتی ہیں۔ لچکدار عضوی پتلی فلم ٹرانزسٹرز اب 20 cm²/V·s تک حرکت پذیری کے ساتھ 500 موڑنے کے سائیکلز برداشت کر سکتے ہیں، جو مضبوط اور دھونے والے صحت کے مانیٹرز کی حمایت کرتے ہیں۔

حقیقی دنیا کی درخواست کی ضروریات کے ساتھ ٹرانزسٹر ایجاد کو ہم آہنگ کرنا

جدید ٹرانزسٹر ڈیزائن درخواست کی ضروریات کی بنیاد پر آن کرنٹ (ION)، سوئچنگ رفتار، قیمت اور پائیداری کے درمیان توازن قائم کرتا ہے۔ آٹوموٹو گریڈ ٹرانزسٹرز 175°C پر قابل اعتماد طریقے سے کام کرتے ہیں، جبکہ بایومیڈیکل اقسام 15 سالہ عمر کے دوران سخت 0.1% ناکامی کی شرح کی شرائط پر پورا اترتے ہیں۔ یہ درخواست کے مطابق نقطہ نظر یقینی بناتا ہے کہ ٹیکنالوجی میں پیش رفت حقیقی دنیا میں قابل اعتمادی اور قدر میں تبدیل ہو۔

اکثر پوچھے گئے سوالات

1947 میں بل لیبز نے کونسا اہم کامیابی حاصل کی تھی؟

1947 میں، بیل لیبز کے سائنسدانوں نے پوائنٹ کانٹیکٹ ٹرانزسٹر کی ایجاد کی۔ اس سے الیکٹرانک آلات کو پچھلے دور میں استعمال ہونے والی ویکیوم ٹیوبز کے مقابلے میں کہیں زیادہ چھوٹا اور زیادہ موثر بننے کا موقع ملا۔

ٹرانزسٹرز میں جرمانیم کے مقابلے میں سلیکون ترجیحی مادہ کیوں بنا؟

سلیکون نے درمیانی 1960 کی دہائی میں جرمانیم کی جگہ سیمی کنڈکٹر مواد کے طور پر لے لی کیونکہ یہ زیادہ درجہ حرارت برداشت کر سکتا تھا، اس میں کم رساؤ تھا، اور آکسائیڈ عایق کے ساتھ بہتر کام کرتا تھا۔

مور کا قانون کیا ہے اور یہ کیوں اہم ہے؟

مور کا قانون یہ پیش گوئی کرتا ہے کہ ایک چپ پر ٹرانزسٹرز کی تعداد تقریباً ہر دو سال بعد دگنی ہو جاتی ہے، جو کمپیوٹیشنل طاقت اور موثریت میں پیش رفت کو فروغ دیتا ہے۔

فن فیٹ اور جیٹ-آپر-ایراونڈ (جی اے اے) ٹیکنالوجیز کیا ہیں؟

فن فیٹ اور گیٹ-آپر-ایراونڈ (جی اے اے) جدید ٹرانزسٹر آرکیٹیکچر ہیں جو بہتر برقی کنٹرول اور کم رساؤ فراہم کرتے ہیں، جو انہیں چھوٹے چپ سائز کے لیے مناسب بناتا ہے۔

2D مواد کیا ہیں اور ٹرانزسٹر ٹیکنالوجی میں ان کا کیا کردار ہے؟

2D مواد، جیسے کہ TMDs، پتلی ایٹمی تہوں پر مشتمل ہوتے ہیں جو بہتر الیکٹران حرکت کی اجازت دیتے ہیں، جو مستقبل کے سیمی کنڈکٹرز کے لیے روایتی سلیکان تہوں پر ممکنہ کارکردگی کے فوائد فراہم کرتے ہیں۔

ٹرانزسٹر کی ترقی توانائی کی کارآمدی میں کیسے حصہ ڈالتی ہے؟

ٹرانزسٹر کی ترقی، بشمول انتہائی کم طاقت والے ڈیزائنز اور توانائی سے بھرپور مواد، آئیو ٹی آلے، سورجی تکنالوجی اور اسمارٹ گرڈز میں بجلی کی خرچ کو نمایاں حد تک کم کرتی ہے۔