ทรานซิสเตอร์ตัวแรกที่ประดิษฐ์ขึ้นในปี พ.ศ. 2490 เป็นแผ่นเจอร์เมเนียมยาวหนึ่งเซนติเมตรกดทับจุดสามเหลี่ยมของพลาสติกที่ห่อด้วยกระดาษฟอยล์สีทองบางส่วน อุปกรณ์นี้ขยายสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ได้ถึง 15 เท่า แม้ว่าทรานซิสเตอร์ในยุคแรกๆ จะมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับหลอดสุญญากาศรุ่นก่อน แต่ก็ไม่ได้หดตัวลงมากนักจนกระทั่งช่วงปลายทศวรรษที่ 1950 วิศวกรจึงเกิดแนวคิดในการออกแบบอุปกรณ์ทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับวงจร เช่น ทรานซิสเตอร์ ตัวต้านทาน และตัวเก็บประจุ แผ่นเวเฟอร์แผ่นเดียวของเจอร์เมเนียมหรือสารกึ่งตัวนำซิลิกอน
เมื่อใช้วิธีโฟโตลิโธกราฟิกเพื่อใช้รูปแบบวงจรและกระบวนการอื่นๆ
ในการฝากและกัดวัสดุต่างๆ ออกไป ผู้ผลิตพบว่าสามารถผลิตวงจรที่ซับซ้อนจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ บนเศษเล็กเศษน้อยของเซมิคอนดักเตอร์ได้ ในเวลาน้อยกว่า 60 ปี ทรานซิสเตอร์ได้หดตัวลงประมาณ 1 หมื่นล้านตัว ทุกวันนี้ ไมโครโปรเซสเซอร์ Pentium 4 ของ Intel มีทรานซิสเตอร์ 55 ล้านตัว แต่ละด้านมีขนาดเฉลี่ยประมาณ 130 นาโนเมตร
ถึงกระนั้น ผู้ผลิตชิปต้องเผชิญกับความยากลำบากที่เพิ่มขึ้นจากการใช้เทคโนโลยีการฝากและกัดแบบเดิมเพื่อสร้างชิ้นส่วนที่มีขนาดเล็กลง ด้วยเหตุนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงเริ่มสร้างทรานซิสเตอร์ด้วยวิธีอื่นและใช้วัสดุอื่นนอกเหนือจากสารกึ่งตัวนำทั่วไป ในกลุ่มหลังคือโมเลกุลยาวที่นำไฟฟ้าซึ่งเรียกว่าท่อนาโนคาร์บอนและหนวดเซมิคอนดักเตอร์บางเฉียบที่เรียกว่าเส้นลวดนาโน (SN: 2/9/02, p. 83: วงจรในเส้นลวดนาโน: วิธีการใหม่อาจเปลี่ยนชิป )
ขอพักก่อน!
แม้แต่นาโนทรานซิสเตอร์ที่เล็กที่สุดก็ยังมีอะตอมนับพัน การดำเนินการต่อเพื่อย่อขนาดทรานซิสเตอร์ให้เหลือเพียงอะตอมเดียวต้องใช้วิธีการอื่นโดยสิ้นเชิง กลยุทธ์ที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดคือแนวคิดที่เรียบง่าย: สร้างเส้นลวดที่ละเอียดมาก สร้างช่องว่างขนาดอะตอมในนั้น จากนั้นวางอะตอมลงในช่องว่าง ผลที่ได้คืออะตอมที่ขนาบข้างด้วยขั้วไฟฟ้าคู่หนึ่ง หากโครงสร้างจิ๋วนั้นสามารถควบคุมกระแสได้ มันจะเป็นทรานซิสเตอร์ที่เล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
อะตอมมีหลายขนาด แต่นักวิทยาศาสตร์มักอ้างถึงขนาดอะตอมที่ระบุว่าเป็นเส้นผ่านศูนย์กลางของอะตอม-ไฮโดรเจนที่เล็กที่สุดและมีมากที่สุด เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.1 นาโนเมตร หรือหนึ่งในล้านของความกว้างของเส้นผมมนุษย์
แม้แต่วิธีการผลิตแบบฝังและสลักที่แม่นยำที่สุดสำหรับไมโครชิปก็ยังไม่สามารถให้สายไฟที่มีช่องว่างเพียงอะตอมกว้างๆ ได้ สิ่งที่ดีที่สุดที่วิธีการทั่วไปสามารถรวบรวมได้คือการแบ่งประมาณ 10 นาโนเมตร เทคนิคการผลิตชิ้นส่วนขนาดเล็กอีกวิธีหนึ่งที่คิดค้นขึ้นในปี 1997 สำหรับการหักลวดบาง ๆ นั้นสามารถทำให้เกิดช่องว่างทั่วทั้งอะตอมของไฮโดรเจน (SN: 11/8/97, p. 293: https://www.sciencenews.org/sn_arc97/11_8_97/fob2.htm) แต่โครงสร้างที่ได้นั้นไม่เหมาะสำหรับการทำทรานซิสเตอร์ Daniel C. Ralph จาก Cornell University อธิบาย
เมื่อสามปีก่อน Hongkun Park, Paul L. McEuen และเพื่อนร่วมงานพบว่าพวกเขาสามารถเปลี่ยนความปวดหัวครั้งใหญ่สำหรับบริษัทอิเล็กทรอนิกส์ให้กลายเป็นข้อได้เปรียบได้ เมื่อกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ผ่านเส้นลวดแคบๆ บนไมโครชิป อิเล็กตรอนที่ไหลสามารถผลักอะตอมบางส่วนไป-กัดกร่อนโลหะและทำให้สายไฟขาดได้ในที่สุด
“นี่เป็นสิ่งที่ไม่ดีในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์” McEuen กล่าว “การเชื่อมต่อระหว่างกันล้มเหลว และ [ผู้ผลิตชิป] เกลียดมัน”
อย่างไรก็ตาม นักวิจัยซึ่งขณะนั้นอยู่ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ ตระหนักดีว่าการย้ายอะตอมด้วยไฟฟ้านี้อาจให้วิธีที่ละเอียดอ่อนและแม่นยำในการสร้างรอยร้าวเล็กๆ ในสายไฟ หลังจากใส่ลวดทองคำที่มีความหนาเพียง 10 ถึง 15 นาโนเมตรบนไมโครชิป นักวิทยาศาสตร์พบว่าการขับกระแสขนาดใหญ่ผ่านสายไฟเป็นเวลาประมาณ 2 นาทีจะกัดเซาะทองคำมากพอที่จะทำให้เกิดช่องว่างโดยเฉลี่ยประมาณ 1 นาโนเมตร นั่นใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางอะตอม แต่มันอยู่ในสนามเบสบอล
นักวิจัยมักจะพบว่าช่องว่างบางส่วนเก็บโมเลกุลหรือผลึกนาโนไว้เพียงโมเลกุลเดียวหรือผลึกนาโนโดยการอาบน้ำก่อนหรือหลังการสร้างช่องว่างด้วยสารละลายโมเลกุลหรือสารแขวนลอยของผลึกเซมิคอนดักเตอร์ขนาดเล็ก ไม่ว่าจะก่อนหรือหลังการสร้างช่องว่าง เมื่อพวกเขาเข้าใจเทคนิคนี้แล้ว นักวิจัยก็ใช้มันเพื่อสร้างทรานซิสเตอร์ขนาดเล็กจากผลึกนาโนของแคดเมียมเซเลไนด์ ซึ่งเป็นสารประกอบเซมิคอนดักเตอร์ หนึ่งปีต่อมา ทีมงานได้ใช้วิธีเดียวกันนี้เพื่อสร้างทรานซิสเตอร์อีกตัวจากอะตอมคาร์บอน 60 อะตอม รูปร่างคล้ายลูกฟุตบอลที่รู้จักกันในชื่อบัคกี้บอล (SN: 7/13/02, p. 26: Buckymedicine )
Credit : เว็บตรง
