منذ ستينيات القرن الماضي، شكّل “قانون مور” أحد أبرز المبادئ التي اعتمد عليها تطور صناعة أشباه الموصلات، إذ توقع غوردون مور، أحد مؤسسي شركة إنتل، أن يتضاعف عدد الترانزستورات داخل الرقائق الإلكترونية كل عامين تقريبًا مع الحفاظ على التكلفة نفسها، ما يعني زيادة مستمرة في قدرة المعالجة.
لكن هذا التقدم بدأ يواجه تحديات كبيرة خلال السنوات الأخيرة، بعدما اقتربت الشركات المصنعة من الحدود الفيزيائية لتصغير الترانزستورات على الرقائق التقليدية، الأمر الذي دفع الباحثين إلى البحث عن حلول جديدة تضمن استمرار تطور الأداء.
ما هو قانون مور؟
ينص قانون مور على أن عدد الترانزستورات في الرقائق الإلكترونية يتضاعف كل عامين تقريبًا، وهو ما أدى لعقود إلى إنتاج معالجات أسرع وأكثر كفاءة دون زيادة كبيرة في التكلفة. إلا أن الوصول إلى حدود التصغير الفيزيائي جعل استمرار هذا المعدل أكثر صعوبة في السنوات الأخيرة.
التكديس العمودي.. الحل الجديد
كشف فريق بحثي من جامعة إلينوي أوربانا-شامبين الأمريكية عن تقنية مبتكرة تعتمد على تكديس الرقائق الإلكترونية عموديًا باستخدام السيليكون نفسه المستخدم في صناعة الرقائق الحالية، مع الحفاظ على مستوى أداء مرتفع.
ويرى الباحثون أن هذا التصميم ثلاثي الأبعاد يتيح زيادة كثافة المكونات الإلكترونية داخل مساحة أصغر، كما يقلل استهلاك الطاقة بفضل تقليص المسافات التي تقطعها الإشارات الكهربائية بين الترانزستورات، وهو ما ينعكس على سرعة المعالجة وكفاءة التشغيل.
وأوضح الفريق أن هذه التقنية تشبه الانتقال من مدينة تمتد أفقيًا إلى مجموعة من الأبراج الشاهقة، إذ يمكن توزيع مكونات الدوائر الإلكترونية على عدة طبقات بدلًا من وضعها جميعًا في مستوى واحد، مع الحفاظ على الوظائف نفسها وتحسين سرعة الاتصال بين المكونات.
كيف تجاوز الباحثون مشكلة الحرارة؟
رغم أن فكرة تكديس الرقائق ليست جديدة، فإن العقبة الرئيسية أمامها كانت الحرارة العالية المطلوبة أثناء التصنيع، والتي قد تصل إلى نحو ألف درجة مئوية، ما يؤدي إلى إتلاف الطبقات السفلية عند إضافة طبقات جديدة فوقها.
وللتغلب على هذه المشكلة، طور الباحثون ترانزستورات جديدة بلا وصلات تقليدية، إلى جانب استخدام أغشية نانوية فائقة الرقة من السيليكون يمكن تثبيتها فوق بعضها عند درجات حرارة تقل عن 200 درجة مئوية، وهو ما يسمح ببناء الرقائق دون الإضرار بالطبقات السابقة.
كما تتميز هذه الأغشية بمرونتها العالية، ما يساعدها على الالتصاق بالطبقات السفلية دون تكوين فراغات أو عيوب تؤثر في جودة التصنيع، إضافة إلى تحقيق معدلات إنتاج مرتفعة وتقليل نسبة الرقائق غير الصالحة للاستخدام.
نتائج واعدة في المختبر
تمكن الفريق من تصنيع نموذج أولي يضم ثلاث طبقات مكدسة تحتوي على دوائر منطقية وخلايا ذاكرة تعمل بكفاءة، مؤكدًا أن هذا العدد يكفي لإثبات نجاح التقنية، مع إمكانية زيادة عدد الطبقات مستقبلًا لتوفير قدرات حوسبة أكبر.
هل أصبحت التقنية جاهزة للاستخدام؟
رغم النتائج الواعدة، لا تزال التقنية بحاجة إلى مزيد من التطوير قبل دخولها مرحلة الإنتاج التجاري، إذ يسعى الباحثون إلى خفض الجهد الكهربائي اللازم لتشغيل الرقائق وتحسين كفاءتها، تمهيدًا لاعتمادها في الأجيال المقبلة من الحواسيب والهواتف والأجهزة الذكية.
ويعتقد الباحثون أن نجاح هذه التقنية قد يفتح الباب أمام استمرار تطور صناعة أشباه الموصلات لعقود مقبلة، ويمنح “قانون مور” فرصة جديدة للاستمرار من خلال البناء العمودي بدلًا من الاكتفاء بتصغير الترانزستورات أفقيًا.
المصدر: وكالات
