Nanocircuitry
નેનો સર્કિટ્સ એ નેનોમીટર સ્કેલ પર કામ કરતી વિદ્યુત સર્કિટ્સ છે. આ ક્વોન્ટમ ક્ષેત્રમાં સારી રીતે છે, જ્યાં ક્વોન્ટમ યાંત્રિક અસરો ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ બની જાય છે. એક નેનોમીટર 10−9 મીટર અથવા 10 હાઇડ્રોજન અણુઓની હરોળ બરાબર છે. આવી ઉત્તરોત્તર નાની સર્કિટ સાથે, કમ્પ્યુટર ચિપ પર વધુ ફીટ કરી શકાય છે. આ ઓછી શક્તિનો ઉપયોગ કરીને ઝડપી અને વધુ જટિલ કાર્યોને મંજૂરી આપે છે. નેનોસર્કિટ ત્રણ અલગ અલગ મૂળભૂત ઘટકોથી બનેલી હોય છે. આ ટ્રાન્ઝિસ્ટર, ઇન્ટરકનેક્શન્સ અને આર્કિટેક્ચર છે, જે તમામ નેનોમીટર સ્કેલ પર બનાવવામાં આવ્યા છે. નેનો સર્કિટરી માટે વિવિધ અભિગમો નેનો સર્કિટરીને વિવિધ સ્વરૂપોમાં અમલમાં મૂકવા માટે વિવિધ દરખાસ્તો કરવામાં આવી છે. તેમાં નેનોવાયર, સિંગલ-ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્ઝિસ્ટર, ક્વોન્ટમ ડોટ સેલ્યુલર ઓટોમેટા અને નેનોસ્કેલ ક્રોસબાર લેચનો સમાવેશ થાય છે. જો કે, સંભવિત નજીકના ગાળાના અભિગમોમાં MOSFET (મેટલ-ઓક્સાઇડ-સેમિકન્ડક્ટર ફિલ્ડ-ઇફેક્ટ ટ્રાન્ઝિસ્ટર) ને સુધારવા માટે નેનો સામગ્રીનો સમાવેશ કરવામાં આવશે. આ હાલમાં મોટાભાગની એનાલોગ અને ડિજિટલ સર્કિટ ડિઝાઇનનો આધાર બનાવે છે, જેનું સ્કેલિંગ મૂરેના કાયદાને ચલાવે છે. MOSFET ડિઝાઇન અને તેના ભવિષ્યને આવરી લેતો એક સમીક્ષા લેખ 2004માં સ્કેલ રિડક્શન હેઠળ MOSFETની વિવિધ ભૂમિતિઓની સરખામણીમાં પ્રકાશિત કરવામાં આવ્યો હતો અને નોંધ્યું હતું કે ગોળાકાર ક્રોસ-સેક્શન વર્ટિકલ ચેનલ FET સ્કેલ રિડક્શન માટે શ્રેષ્ઠ છે. આ રૂપરેખાંકન નેનોસ્કેલ વ્યાસ સાથે ઊભી સેમિકન્ડક્ટર નળાકાર ચેનલોનો ઉપયોગ કરીને ઉચ્ચ ઘનતા સાથે અમલમાં મૂકવા માટે સક્ષમ છે અને ઇન્ફિનિયન ટેક્નોલોજીસ અને સેમસંગે આ દિશામાં સંશોધન અને વિકાસ શરૂ કર્યો છે જેના પરિણામે MOSFET ડિઝાઇનમાં નેનોવાયર અને કાર્બન નેનોટ્યુબ્સનો ઉપયોગ કરીને કેટલીક મૂળભૂત પેટન્ટ મળી છે. વૈકલ્પિક અભિગમમાં, નેનોસીસ FETની બાજુની ચેનલ તરીકે સેવા આપવા માટે સબસ્ટ્રેટ પર નેનોવાયરની પૂર્વ-બનાવટી એરેની પેટર્ન બનાવવા માટે ઉકેલ આધારિત જુબાની અને સંરેખણ પ્રક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરે છે. સિંગલ નેનોવાયર FET જેવી સમાન માપનીયતા માટે સક્ષમ ન હોવા છતાં, ચેનલ માટે પૂર્વ-બનાવટી બહુવિધ નેનોવાયરનો ઉપયોગ વિશ્વસનીયતા વધારે છે અને ઉત્પાદન ખર્ચ ઘટાડે છે કારણ કે પરંપરાગત બનાવટ પ્રક્રિયાઓ કરતાં ઓછા તાપમાને નેનોવાયર જમા કરવા માટે મોટા જથ્થામાં છાપકામ પ્રક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. વધુમાં, નીચા તાપમાનના સંચયને કારણે પોલિમર જેવી વિવિધ પ્રકારની સામગ્રીનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રોનિક પેપર, બેન્ડેબલ ફ્લેટ પેનલ ડિસ્પ્લે અને વાઈડ એરિયા સોલર સેલ્સ જેવી લવચીક ઇલેક્ટ્રોનિક એપ્લિકેશનો માટે દરવાજો ખોલતા ટ્રાન્ઝિસ્ટર માટે વાહક સબસ્ટ્રેટ તરીકે થઈ શકે છે. ઉત્પાદન પદ્ધતિઓ નેનોસર્કિટ્સને સમજવા માટેની સૌથી મૂળભૂત વિભાવનાઓમાંની એક છે મૂરેના કાયદાની રચના. આ ખ્યાલ ત્યારે ઊભો થયો જ્યારે ઇન્ટેલના સહ-સ્થાપક ગોર્ડન મૂરેને ટ્રાન્ઝિસ્ટરની કિંમતમાં રસ પડ્યો અને તેઓ એક ચિપ પર વધુ ફિટ થવાનો પ્રયાસ કરી રહ્યા હતા. તે સંબંધિત છે કે સિલિકોન સંકલિત સર્કિટ પર બનાવી શકાય તેવા ટ્રાન્ઝિસ્ટરની સંખ્યા-અને તેથી આવી સર્કિટની કમ્પ્યુટિંગ ક્ષમતાઓ-દર 18 થી 24 મહિનામાં બમણી થઈ રહી છે. સર્કિટ પર જેટલા વધુ ટ્રાન્ઝિસ્ટર ફિટ થઈ શકે છે, કોમ્પ્યુટરમાં તેટલી વધુ કોમ્પ્યુટેશનલ ક્ષમતાઓ હશે. આ જ કારણ છે કે વૈજ્ઞાનિકો અને ઇજનેરો આ નેનોસર્કિટનું ઉત્પાદન કરવા માટે સાથે મળીને કામ કરી રહ્યા છે જેથી વધુને વધુ ટ્રાન્ઝિસ્ટર ચિપ પર ફિટ થઈ શકશે. આ કેટલું સારું લાગે છે તે છતાં, જ્યારે ઘણા બધા ટ્રાન્ઝિસ્ટર એકસાથે પેક કરવામાં આવે છે ત્યારે ઘણી સમસ્યાઓ ઊભી થાય છે. સર્કિટ્સ એટલી નાની હોવાથી, તેમાં મોટી સર્કિટ્સ કરતાં વધુ સમસ્યાઓ હોય છે, ખાસ કરીને ગરમી-નાના સપાટી વિસ્તાર પર લાગુ થતી શક્તિની માત્રા ગરમીના વિસર્જનને મુશ્કેલ બનાવે છે, આ વધારાની ગરમી ભૂલો પેદા કરશે અને ચિપનો નાશ કરી શકે છે. નેનોસ્કેલ સર્કિટ્સ આજના સર્કિટ્સ કરતાં તાપમાનના ફેરફારો, કોસ્મિક કિરણો અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક દખલ માટે વધુ સંવેદનશીલ છે. જેમ જેમ વધુ ટ્રાન્ઝિસ્ટર ચિપ પર પેક કરવામાં આવે છે, ચિપ પર છૂટાછવાયા સંકેતો જેવી ઘટનાઓ, ઘણા નજીકથી પેક કરેલા ઉપકરણોમાંથી ગરમીને દૂર કરવાની જરૂરિયાત, નાના પાયે ઇન્સ્યુલેશન અવરોધોને પાર કરવાની સુરંગ, અને બનાવટની મુશ્કેલીઓ અટકશે અથવા પ્રગતિને ગંભીર રીતે ધીમી કરશે. એક એવો સમય આવશે જ્યારે સર્કિટ બનાવવાનો ખર્ચ પણ ઓછો હશે અને કોમ્પ્યુટરની ઝડપ મહત્તમ સુધી પહોંચશે. આ કારણોસર, ઘણા વૈજ્ઞાનિકો માને છે કે મૂરેનો નિયમ કાયમ માટે ટકી રહેશે નહીં અને ટૂંક સમયમાં ટોચ પર પહોંચશે, કારણ કે મૂરેનો નિયમ મોટાભાગે માઇક્રો-લિથોગ્રાફિક કોતરણી તકનીકોમાં સુધારાઓને કારણે થતા કોમ્પ્યુટેશનલ લાભો પર આધારિત છે. આ નેનોસર્કિટના ઉત્પાદનમાં ઘણા પાસાઓ સામેલ છે. તેમની સંસ્થાનો પ્રથમ ભાગ ટ્રાન્ઝિસ્ટરથી શરૂ થાય છે. અત્યારે મોટાભાગના ઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં સિલિકોન આધારિત ટ્રાન્ઝિસ્ટરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. ટ્રાન્ઝિસ્ટર એ સર્કિટનો અભિન્ન ભાગ છે કારણ કે તે વીજળીના પ્રવાહને નિયંત્રિત કરે છે અને નબળા વિદ્યુત સંકેતોને મજબૂત સંકેતોમાં પરિવર્તિત કરે છે. તેઓ વિદ્યુત પ્રવાહને પણ નિયંત્રિત કરે છે કારણ કે તેઓ તેને ચાલુ કરી શકે છે, અથવા સંકેતોને વિસ્તૃત પણ કરી શકે છે. સર્કિટ્સ હવે ટ્રાન્ઝિસ્ટર તરીકે સિલિકોનનો ઉપયોગ કરે છે કારણ કે તેને સરળતાથી વાહક અને બિન-વાહક સ્થિતિઓ વચ્ચે ફેરવી શકાય છે. જો કે, નેનોઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં, ટ્રાન્ઝિસ્ટર કાર્બનિક અણુઓ અથવા નેનોસ્કેલ અકાર્બનિક રચનાઓ હોઈ શકે છે. અર્ધવાહક, જે ટ્રાન્ઝિસ્ટરનો ભાગ છે, તે પણ નેનો સ્થિતિમાં કાર્બનિક અણુઓથી બનાવવામાં આવી રહ્યા છે. નેનોસર્કિટ ઓર્ગેનાઇઝેશનનું બીજું પાસું ઇન્ટરકનેક્શન છે. આમાં તાર્કિક અને ગાણિતિક કામગીરીઓ અને ટ્રાન્ઝિસ્ટરને એકસાથે જોડતા વાયરનો સમાવેશ થાય છે જે આને શક્ય બનાવે છે. નેનોસર્કિટમાં, નેનોટ્યુબ્સ અને એક નેનોમીટર જેટલા સાંકડા અન્ય વાયરનો ઉપયોગ ટ્રાન્ઝિસ્ટરને એક સાથે જોડવા માટે થાય છે. નેનોવાયર થોડા વર્ષોથી કાર્બન નેનોટ્યુબ્સમાંથી બનાવવામાં આવે છે. થોડા વર્ષો પહેલા સુધી, સર્કિટ બનાવવા માટે ટ્રાન્ઝિસ્ટર અને નેનોવાયરને એકસાથે મૂકવામાં આવતા હતા. જો કે, વૈજ્ઞાનિકો તેમાં ટ્રાન્ઝિસ્ટર સાથે નેનોવાયરનું ઉત્પાદન કરવામાં સફળ રહ્યા છે. 2004 માં, હાર્વર્ડ યુનિવર્સિટીના નેનોટેક અગ્રણી ચાર્લ્સ લિબર અને તેમની ટીમે એક નેનોવાયર બનાવ્યું છે-કાગળની શીટ કરતાં 10,000 ગણું પાતળું-જેમાં ટ્રાન્ઝિસ્ટરની સ્ટ્રિંગ છે. અનિવાર્યપણે, ટ્રાન્ઝિસ્ટર અને નેનોવાયર પહેલેથી જ પૂર્વ-વાયર્ડ છે જેથી ટ્રાન્ઝિસ્ટરને નેનોવાયર સાથે જોડવાનો પ્રયાસ કરવાના મુશ્કેલ કાર્યને દૂર કરી શકાય. નેનોસર્કિટ સંસ્થાનો છેલ્લો ભાગ સ્થાપત્ય છે. આને ટ્રાન્ઝિસ્ટર એકબીજા સાથે જોડાયેલી એકંદર રીત તરીકે સમજાવવામાં આવ્યું છે, જેથી સર્કિટ કમ્પ્યુટર અથવા અન્ય સિસ્ટમમાં પ્લગ કરી શકે અને નીચલા સ્તરની વિગતોથી સ્વતંત્ર રીતે કાર્ય કરી શકે. નેનોસર્કિટ્સ એટલા નાના હોવાથી, તેઓ ભૂલ અને ખામીઓ માટે નિયત છે. વૈજ્ઞાનિકોએ આની આસપાસ જવાનો એક રસ્તો તૈયાર કર્યો છે. તેમની રચના એવી સર્કિટ્સને જોડે છે જેમાં બિનજરૂરી લોજિક ગેટ્સ અને ચિપ પર વિવિધ સ્તરે માળખાઓનું પુનઃરૂપરેખાંકન કરવાની ક્ષમતા સાથે આંતરજોડાણો હોય છે. રિડન્ડન્સી સર્કિટને સમસ્યાઓ ઓળખવા અને પોતાને ફરીથી ગોઠવવા દે છે જેથી સર્કિટ વધુ સમસ્યાઓ ટાળી શકે. તે તર્ક દ્વારની અંદર ભૂલો માટે પણ પરવાનગી આપે છે અને હજુ પણ તે ખોટું પરિણામ આપ્યા વિના યોગ્ય રીતે કામ કરે છે. પ્રાયોગિક સફળતાઓ અને સંભવિત ઉપયોગો 1987માં, બિજન દવારીની આગેવાની હેઠળની આઇબીએમ સંશોધન ટીમે ટંગસ્ટન-ગેટ ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરીને 10 એનએમ ગેટ ઓક્સાઇડની જાડાઈ સાથે મેટલ-ઓક્સાઇડ-સેમિકન્ડક્ટર ફિલ્ડ-ઇફેક્ટ ટ્રાન્ઝિસ્ટર (એમઓએસએફઈટી) નું પ્રદર્શન કર્યું હતું. મલ્ટી-ગેટ એમ. ઓ. એસ. એફ. ઇ. ટી. એ 20 એન. એમ. ગેટની લંબાઈથી નીચે સ્કેલિંગને સક્ષમ કર્યું, જે ફિન. એફ. ઇ. ટી. (ફિન ફિલ્ડ-ઇફેક્ટ ટ્રાન્ઝિસ્ટર) થી શરૂ થાય છે, જે ત્રિ-પરિમાણીય, બિન-પ્લેનર, ડબલ-ગેટ એમ. ઓ. એસ. એફ. ઇ. ટી. છે. ફિનફેટ 1989માં હિટાચી સેન્ટ્રલ રિસર્ચ લેબોરેટરી ખાતે ડિઘ હિસામોટોના સંશોધનમાંથી ઉદ્દભવે છે. યુસી બર્કલે ખાતે, ટીએસએમસીના ચેન્મિંગ હુ અને ત્સુ-જે કિંગ લિયુ, જેફરી બોકોર, હિદેકી ટેકુચી, કે. અસાનો, જેકબ કેડઝિયર્સ્ક, ઝુએજુ હુઆંગ, લેલૅન્ડ ચાંગ, નિક લિન્ડર્ટ, શિબલી અહમદ અને સાયરસ ટેબેરી સહિતના અન્ય આંતરરાષ્ટ્રીય સંશોધકો સાથે હિસામોટોના જૂથ દ્વારા ફિનફેટ ઉપકરણો બનાવવામાં આવ્યા હતા. ટીમે 1998માં ફિનફેટ ઉપકરણોને 17એનએમ પ્રક્રિયા સુધી અને પછી 2001માં 15એનએમ સુધી બનાવ્યાં. 2002માં યુ, ચાંગ, અહેમદ, હુ, લિયુ, બોકોર અને ટેબેરીની ટીમે 10એનએમ ફિનફેટ ઉપકરણ બનાવ્યું હતું. 2005માં, યુસી સાન ડિએગો ખાતે ભારતીય ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ પ્રભાકર બંડારૂ અને અપ્પારાવ એમ. રાવે વિશ્વનું સૌથી નાનું ટ્રાન્ઝિસ્ટર વિકસાવ્યું હતું, જે સંપૂર્ણપણે કાર્બન નેનોટ્યુબ્સમાંથી બનાવવામાં આવ્યું હતું. તેનો હેતુ નેનોસર્કિટ માટે ઉપયોગમાં લેવાનો હતો. નેનોટ્યુબ્સ કાર્બન પરમાણુની વળેલી શીટ્સ છે અને માનવ વાળ કરતાં એક હજાર ગણી પાતળી હોય છે. 2006માં, કોરિયા એડવાન્સ્ડ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ સાયન્સ એન્ડ ટેકનોલોજી (કેએઆઈએસટી) અને નેશનલ નેનો ફેબ સેન્ટરના કોરિયન સંશોધકોની ટીમે ગેટ-ઓલ-અરાઉન્ડ (જીએએ) ફિનફેટ ટેકનોલોજી પર આધારિત વિશ્વનું સૌથી નાનું નેનોઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણ 3 એનએમ એમઓએસએફઈટી વિકસાવ્યું હતું. સામાન્ય રીતે, સર્કિટ્સ સિલિકોન આધારિત ટ્રાન્ઝિસ્ટરનો ઉપયોગ કરે છે, પરંતુ કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ તે બદલવા માટે બનાવાયેલ છે. ટ્રાન્ઝિસ્ટરની બે જુદી જુદી શાખાઓ હોય છે જે એક જ બિંદુ પર મળે છે, તેથી તેને Y આકાર આપે છે. પ્રવાહ બંને શાખાઓમાં વહી શકે છે અને તે ત્રીજી શાખા દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે જે વોલ્ટેજને ચાલુ અથવા બંધ કરે છે. આ નવી સફળતા હવે નેનોસર્કિટ્સને તેમના નામને સંપૂર્ણપણે જાળવી રાખવાની મંજૂરી આપી શકે છે કારણ કે તે સંપૂર્ણપણે નેનોટ્યુબ્સમાંથી બનાવી શકાય છે. આ શોધ પહેલાં, તર્ક સર્કિટમાં નેનોટ્યુબ્સનો ઉપયોગ થતો હતો, પરંતુ વિદ્યુત પ્રવાહના પ્રવાહને નિયંત્રિત કરવામાં સક્ષમ થવા માટે ધાતુના દરવાજાની જરૂર હતી. નિર્વિવાદપણે નેનોસર્કિટનો સૌથી મોટો સંભવિત ઉપયોગ કોમ્પ્યુટર અને ઇલેક્ટ્રોનિક્સ સાથે સંબંધિત છે. વૈજ્ઞાનિકો અને ઇજનેરો હંમેશા કોમ્પ્યુટરને ઝડપી બનાવવા માંગે છે. કેટલાકને લાગે છે કે નજીકના ગાળામાં, આપણે નેનો-કોર સાથે માઇક્રો-અને નેનો-સિલિકોનના સંકર જોઈ શકીએ છીએ-કદાચ એક ઉચ્ચ ઘનતા ધરાવતી કમ્પ્યુટર મેમરી જે તેની સામગ્રીને કાયમ માટે જાળવી રાખે છે. પરંપરાગત સર્કિટ ડિઝાઇનથી વિપરીત, જે બ્લુપ્રિન્ટથી ફોટોગ્રાફિક પેટર્નથી ચિપ સુધી આગળ વધે છે, નેનો સર્કિટ ડિઝાઇન કદાચ ચિપથી શરૂ થશે-1024 જેટલા ઘટકો અને વાયરની અવ્યવસ્થિત ગડબડ, જે તમામ કામ પણ કરશે નહીં-અને ધીમે ધીમે તેને ઉપયોગી ઉપકરણમાં મૂર્તિકળા કરશે. પરંપરાગત ટોપ-ડાઉન અભિગમ અપનાવવાને બદલે, આ નેનોસર્કિટ્સના સંપૂર્ણ કદને કારણે કદાચ ટૂંક સમયમાં બોટમ-અપ અભિગમ અપનાવવો પડશે. સર્કિટમાં બધું કદાચ કામ કરશે નહીં કારણ કે નેનો સ્તરે, નેનોસર્કિટ્સ તેમની સઘનતાને કારણે વધુ ખામીયુક્ત અને ખામીયુક્ત હશે. વૈજ્ઞાનિકો અને ઇજનેરોએ ટ્રાન્ઝિસ્ટર, લોજિક ગેટ્સ અને ડાયોડ જેવા નેનોસર્કિટના તમામ આવશ્યક ઘટકો બનાવ્યા છે. તે બધા કાર્બનિક અણુઓ, કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ અને નેનોવાયર સેમિકન્ડક્ટર્સમાંથી બનાવવામાં આવ્યા છે. માત્ર એટલું જ કરવાનું બાકી છે કે આવા નાના ઉપકરણ સાથે આવતી ભૂલોને દૂર કરવાનો માર્ગ શોધવો અને નેનોસર્કિટ્સ તમામ ઇલેક્ટ્રોનિક્સનો એક માર્ગ બની જશે. જો કે, આખરે નાના નેનોસર્કિટ કેવી રીતે બની શકે તેની મર્યાદા હશે અને કોમ્પ્યુટર અને ઇલેક્ટ્રોનિક્સ તેમની સંતુલન ગતિ સુધી પહોંચશે. મૂર્સ લો નેનોટેકનોલોજી હિસ્ટ્રી ઓફ નેનોટેકનોલોજી પણ જુઓ નેનોટેકનોલોજી એપ્લિકેશન્સની સૂચિ નેનોટેકનોલોજી સંદર્ભોની અસરો નેનોઇલેક્ટ્રોનિક્સ