Nanocircuitry
நானோ சுற்றுகள் என்பது நானோமீட்டர் அளவில் செயல்படும் மின் சுற்றுகள் ஆகும். இது குவாண்டம் மண்டலத்திற்குள் உள்ளது, அங்கு குவாண்டம் இயந்திர விளைவுகள் மிகவும் முக்கியமானவை. ஒரு நானோமீட்டர் 10−9 மீட்டர் அல்லது 10 ஹைட்ரஜன் அணுக்களின் வரிசைக்கு சமம். இத்தகைய படிப்படியாக சிறிய சுற்றுகளுடன், ஒரு கணினி சிப்பில் மேலும் பொருத்தப்படலாம். இது குறைந்த சக்தியைப் பயன்படுத்தி வேகமான மற்றும் மிகவும் சிக்கலான செயல்பாடுகளை அனுமதிக்கிறது. நானோ சுற்றுகள் மூன்று வெவ்வேறு அடிப்படை கூறுகளால் ஆனவை. இவை டிரான்சிஸ்டர்கள், ஒன்றோடொன்று இணைப்புகள் மற்றும் கட்டிடக்கலை, இவை அனைத்தும் நானோமீட்டர் அளவில் புனையப்பட்டுள்ளன. நானோ சுற்றோட்டத்திற்கான பல்வேறு அணுகுமுறைகள் நானோ சுற்றோட்டத்தை பல்வேறு வடிவங்களில் செயல்படுத்த பல்வேறு திட்டங்கள் முன்வைக்கப்பட்டுள்ளன. நானோ வயர்கள், ஒற்றை-எலக்ட்ரான் டிரான்சிஸ்டர்கள், குவாண்டம் டாட் செல்லுலார் ஆட்டோமேட்டா மற்றும் நானோ அளவிலான குறுக்குப்பட்டை லாட்ச்கள் ஆகியவை இதில் அடங்கும். இருப்பினும், MOSFETகளை (உலோக-ஆக்சைடு-குறைக்கடத்தி புலம்-விளைவு டிரான்சிஸ்டர்கள்) மேம்படுத்த நானோ பொருட்களை இணைப்பதை நெருங்கிய கால அணுகுமுறைகள் உள்ளடக்கும். இவை தற்போது பெரும்பாலான அனலாக் மற்றும் டிஜிட்டல் சர்க்யூட் வடிவமைப்புகளின் அடிப்படையை உருவாக்குகின்றன, இதன் அளவீடு மூரின் சட்டத்தை இயக்குகிறது. MOSFET வடிவமைப்பு மற்றும் அதன் எதிர்காலத்தை உள்ளடக்கிய ஒரு மதிப்பாய்வுக் கட்டுரை 2004 ஆம் ஆண்டில் வெளியிடப்பட்டது, இது MOSFET களின் வெவ்வேறு வடிவவியல்களை அளவுகோல் குறைப்பின் கீழ் ஒப்பிட்டுப் பார்த்தது மற்றும் வட்ட குறுக்குவெட்டு செங்குத்து சேனல் FET கள் அளவுகோல் குறைப்புக்கு உகந்தவை என்று குறிப்பிட்டது. இந்த அமைப்பு நானோ அளவிலான விட்டம் கொண்ட செங்குத்து குறைக்கடத்தி உருளை வழிகளைப் பயன்படுத்தி அதிக அடர்த்தியுடன் செயல்படுத்தப்படும் திறன் கொண்டது மற்றும் இன்ஃபினியோன் டெக்னாலஜிஸ் மற்றும் சாம்சங் இந்த திசையில் ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாட்டைத் தொடங்கியுள்ளன, இதன் விளைவாக MOSFET வடிவமைப்புகளில் நானோ கம்பிகள் மற்றும் கார்பன் நானோகுழாய்களைப் பயன்படுத்தி சில அடிப்படை காப்புரிமைகள் கிடைத்துள்ளன. ஒரு மாற்று அணுகுமுறையில், நானோசிஸ் ஒரு FET இன் பக்கவாட்டு சேனலாக செயல்படுவதற்கு ஒரு அடி மூலக்கூறில் நானோ கம்பிகளின் முன் தயாரிக்கப்பட்ட வரிசைகளை வடிவமைக்க தீர்வு அடிப்படையிலான படிவு மற்றும் சீரமைப்பு செயல்முறைகளைப் பயன்படுத்துகிறது. ஒற்றை நானோவைர் FETகளைப் போலவே அளவிடக்கூடிய திறன் இல்லை என்றாலும், சேனலுக்கு முன் தயாரிக்கப்பட்ட பல நானோ வயர்களைப் பயன்படுத்துவது நம்பகத்தன்மையை அதிகரிக்கிறது மற்றும் உற்பத்தி செலவுகளைக் குறைக்கிறது, ஏனெனில் நானோ வயர்களை வழக்கமான புனையமைப்பு நடைமுறைகளை விட குறைந்த வெப்பநிலையில் டெபாசிட் செய்ய பெரிய அளவிலான அச்சிடும் செயல்முறைகள் பயன்படுத்தப்படலாம். கூடுதலாக, குறைந்த வெப்பநிலை படிவு காரணமாக மின்னணு காகிதம், வளைக்கக்கூடிய தட்டையான பேனல் டிஸ்ப்ளேக்கள் மற்றும் பரந்த பகுதி சூரிய மின்கலங்கள் போன்ற நெகிழ்வான மின்னணு பயன்பாடுகளுக்கு கதவைத் திறக்கும் டிரான்சிஸ்டர்களுக்கான கேரியர் அடி மூலக்கூறாக பாலிமர்கள் போன்ற பல்வேறு வகையான பொருட்கள் பயன்படுத்தப்படலாம். உற்பத்தி முறைகள் நானோ சுற்றுகளைப் புரிந்துகொள்வதற்கான மிக அடிப்படையான கருத்தாக்கங்களில் ஒன்று மூரின் விதியின் உருவாக்கம் ஆகும். இன்டெல் இணை நிறுவனர் கார்டன் மூர் டிரான்சிஸ்டர்களின் விலையில் ஆர்வம் காட்டி, ஒரு சிப்பில் மேலும் பொருத்த முயற்சித்தபோது இந்த கருத்து உருவானது. சிலிக்கான் ஒருங்கிணைந்த சுற்றுவட்டத்தில் உருவாக்கக்கூடிய டிரான்சிஸ்டர்களின் எண்ணிக்கை-எனவே அத்தகைய சுற்றுவட்டத்தின் கணினி திறன்கள்-ஒவ்வொரு 18 முதல் 24 மாதங்களுக்கும் இரட்டிப்பாகிறது என்று அது தொடர்புபடுத்துகிறது. ஒரு சுற்றுவட்டத்தில் ஒருவர் பொருத்தக்கூடிய அதிக டிரான்சிஸ்டர்கள், கணினியில் அதிக கணக்கீட்டு திறன்களைக் கொண்டிருக்கும். இதனால்தான் விஞ்ஞானிகளும் பொறியியலாளர்களும் இந்த நானோ சுற்றுகளை உற்பத்தி செய்ய ஒன்றிணைந்து பணியாற்றி வருகின்றனர், எனவே மேலும் மேலும் டிரான்சிஸ்டர்கள் ஒரு சிப்பில் பொருந்த முடியும். இது எவ்வளவு நன்றாகத் தோன்றினாலும், பல டிரான்சிஸ்டர்கள் ஒன்றாக இணைக்கப்படும்போது பல சிக்கல்கள் எழுகின்றன. சுற்றுகள் மிகவும் சிறியதாக இருப்பதால், அவை பெரிய சுற்றுகளை விட அதிக சிக்கல்களைக் கொண்டுள்ளன, குறிப்பாக வெப்பம்-ஒரு சிறிய மேற்பரப்பு பகுதியில் பயன்படுத்தப்படும் சக்தியின் அளவு வெப்பச் சிதறலை கடினமாக்குகிறது, இந்த அதிகப்படியான வெப்பம் பிழைகளை ஏற்படுத்தும் மற்றும் சிப்பை அழிக்கும். நானோ அளவிலான சுற்றுகள் இன்றைய சுற்றுகளை விட வெப்பநிலை மாற்றங்கள், அண்ட கதிர்கள் மற்றும் மின்காந்த குறுக்கீடு ஆகியவற்றிற்கு அதிக உணர்திறன் கொண்டவை. அதிக டிரான்சிஸ்டர்கள் ஒரு சிப்பில் நிரம்பியிருப்பதால், சிப்பில் தவறான சமிக்ஞைகள் போன்ற நிகழ்வுகள், நெருக்கமாக நிரம்பிய பல சாதனங்களிலிருந்து வெப்பத்தை வெளியேற்ற வேண்டிய அவசியம், சிறிய அளவிலான காப்பு தடைகளைத் தாண்டி சுரங்கப்பாதை அமைத்தல் மற்றும் புனையமைப்பு சிரமங்கள் ஆகியவை முன்னேற்றத்தை நிறுத்தும் அல்லது கடுமையாக மெதுவாக்கும். சுற்றுகளை இன்னும் சிறியதாக மாற்றுவதற்கான செலவு அதிகமாக இருக்கும் ஒரு காலம் இருக்கும், மேலும் கணினிகளின் வேகம் அதிகபட்சத்தை எட்டும். இந்த காரணத்திற்காக, பல விஞ்ஞானிகள் மூரின் விதி என்றென்றும் நிலைத்திருக்காது என்றும் விரைவில் உச்சத்தை எட்டும் என்றும் நம்புகிறார்கள், ஏனெனில் மூரின் விதி பெரும்பாலும் மைக்ரோ-லித்தோகிராஃபிக் பொறித்தல் தொழில்நுட்பங்களின் மேம்பாடுகளால் ஏற்படும் கணக்கீட்டு ஆதாயங்களில் கணிக்கப்பட்டுள்ளது. இந்த நானோ சுற்றுகளை தயாரிப்பதில், பல அம்சங்கள் உள்ளன. அவர்களின் அமைப்பின் முதல் பகுதி டிரான்சிஸ்டர்களுடன் தொடங்குகிறது. இப்போதைக்கு, பெரும்பாலான மின்னணுவியல் சிலிக்கான் அடிப்படையிலான டிரான்சிஸ்டர்களைப் பயன்படுத்துகின்றன. டிரான்சிஸ்டர்கள் சுற்றுகளின் ஒருங்கிணைந்த பகுதியாகும், ஏனெனில் அவை மின்சார ஓட்டத்தை கட்டுப்படுத்துகின்றன மற்றும் பலவீனமான மின் சமிக்ஞைகளை வலுவான சமிக்ஞைகளாக மாற்றுகின்றன. அவை மின்சாரத்தை இயக்கவோ அல்லது சமிக்ஞைகளை பெருக்கவோ முடியும் என்பதால் அவை மின்சாரத்தை கட்டுப்படுத்துகின்றன. சுற்றுகள் இப்போது சிலிக்கானை ஒரு டிரான்சிஸ்டராகப் பயன்படுத்துகின்றன, ஏனெனில் அதை எளிதில் கடத்தும் மற்றும் கடத்தாத நிலைகளுக்கு இடையில் மாற்ற முடியும். இருப்பினும், நானோ எலக்ட்ரானிக்ஸில், டிரான்சிஸ்டர்கள் கரிம மூலக்கூறுகள் அல்லது நானோ அளவிலான கனிம கட்டமைப்புகளாக இருக்கலாம். டிரான்சிஸ்டர்களின் ஒரு பகுதியாக இருக்கும் குறைக்கடத்திகளும் நானோ நிலையில் உள்ள கரிம மூலக்கூறுகளால் தயாரிக்கப்படுகின்றன. நானோ சர்க்யூட் அமைப்பின் இரண்டாவது அம்சம் ஒன்றோடொன்று இணைப்பாகும். தர்க்கரீதியான மற்றும் கணித செயல்பாடுகள் மற்றும் டிரான்சிஸ்டர்களை ஒன்றாக இணைக்கும் கம்பிகள் இதை சாத்தியமாக்குகின்றன. நானோ சுற்றுகளில், நானோகுழாய்கள் மற்றும் ஒரு நானோமீட்டர் போன்ற குறுகிய கம்பிகள் டிரான்சிஸ்டர்களை ஒன்றாக இணைக்கப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. நானோ கம்பிகள் சில ஆண்டுகளாக கார்பன் நானோகுழாய்களிலிருந்து தயாரிக்கப்படுகின்றன. சில ஆண்டுகளுக்கு முன்பு வரை, டிரான்சிஸ்டர்கள் மற்றும் நானோ வயர்கள் இணைந்து சுற்றுவட்டத்தை உருவாக்கின. இருப்பினும், விஞ்ஞானிகளால் டிரான்சிஸ்டர்களைக் கொண்ட ஒரு நானோ கம்பியை உருவாக்க முடிந்தது. 2004 ஆம் ஆண்டில், ஹார்வர்ட் பல்கலைக்கழக நானோ தொழில்நுட்பத்தின் முன்னோடியான சார்லஸ் லீபர் மற்றும் அவரது குழுவினர் ஒரு நானோ கம்பியை உருவாக்கியுள்ளனர்-ஒரு தாள் காகிதத்தை விட 10,000 மடங்கு மெல்லிய-இதில் டிரான்சிஸ்டர்களின் சரம் உள்ளது. அடிப்படையில், நானோ கம்பிகளுடன் டிரான்சிஸ்டர்களை இணைக்க முயற்சிக்கும் கடினமான பணியை அகற்றுவதற்காக டிரான்சிஸ்டர்கள் மற்றும் நானோ கம்பிகள் ஏற்கனவே முன்கூட்டியே இணைக்கப்பட்டுள்ளன. நானோ சர்க்யூட் அமைப்பின் கடைசி பகுதி கட்டிடக்கலை ஆகும். டிரான்சிஸ்டர்கள் ஒன்றோடொன்று இணைக்கப்பட்ட ஒட்டுமொத்த வழி இது என்று விளக்கப்பட்டுள்ளது, இதனால் சுற்று ஒரு கணினி அல்லது பிற அமைப்பில் செருக முடியும் மற்றும் கீழ் நிலை விவரங்களிலிருந்து சுயாதீனமாக செயல்பட முடியும். நானோ சுற்றுகள் மிகவும் சிறியதாக இருப்பதால், அவை பிழை மற்றும் குறைபாடுகளுக்கு விதிக்கப்பட்டுள்ளன. இதைச் சரிசெய்ய விஞ்ஞானிகள் ஒரு வழியைக் கண்டுபிடித்துள்ளனர். அவற்றின் கட்டமைப்பு தேவையற்ற தர்க்க வாயில்கள் மற்றும் ஒன்றோடொன்று இணைப்புகளைக் கொண்ட சுற்றுகளை ஒரு சிப்பில் பல நிலைகளில் கட்டமைப்புகளை மறுசீரமைக்கும் திறனுடன் ஒருங்கிணைக்கிறது. பணிநீக்கம் சுற்று சிக்கல்களை அடையாளம் காணவும் தன்னை மறுசீரமைக்கவும் அனுமதிக்கிறது, இதனால் சுற்று அதிக சிக்கல்களைத் தவிர்க்க முடியும். இது தர்க்க வாயிலுக்குள் பிழைகளை அனுமதிக்கிறது, மேலும் தவறான முடிவைக் கொடுக்காமல் சரியாக வேலை செய்கிறது. 1987 ஆம் ஆண்டில், பிஜான் தாவாரி தலைமையிலான ஐபிஎம் ஆராய்ச்சிக் குழு டங்ஸ்டன்-கேட் தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி 10 என்எம் கேட் ஆக்சைடு தடிமன் கொண்ட உலோக-ஆக்சைடு-செமிகண்டக்டர் ஃபீல்ட்-எஃபெக்ட் டிரான்சிஸ்டரை (எம்ஓஎஸ்எஃப்இடி) நிரூபித்தது. மல்டி-கேட் MOSFET கள் 20 nm கேட் நீளத்திற்குக் கீழே அளவிடுதலை இயக்கின, இது FinFET (ஃபின் ஃபீல்ட்-எஃபெக்ட் டிரான்சிஸ்டர்), முப்பரிமாண, பிளானர் அல்லாத, இரட்டை-கேட் MOSFET உடன் தொடங்குகிறது. 1989 ஆம் ஆண்டில் ஹிட்டாச்சி மத்திய ஆராய்ச்சி ஆய்வகத்தில் டிக் ஹிசாமோட்டோவின் ஆராய்ச்சியில் இருந்து ஃபின்ஃபெட் உருவானது. யு. சி. பெர்க்லியில், டி. எஸ். எம். சி. யின் சென்மிங் ஹு மற்றும் சு-ஜே கிங் லியு, ஜெஃப்ரி போக்கர், ஹிடெகி டேகுச்சி, கே. அசானோ, ஜாகூப் கெட்ஜியர்ஸ்க், சுயேஜு ஹுவாங், லேலண்ட் சாங், நிக் லிண்டர்ட், ஷிப்லி அகமது மற்றும் சைரஸ் டேபரி உள்ளிட்ட பிற சர்வதேச ஆராய்ச்சியாளர்களுடன் ஹிஸாமோட்டோவைக் கொண்ட ஒரு குழுவால் ஃபின்ஃபெட் சாதனங்கள் புனையப்பட்டன. இந்தக் குழு ஃபின்ஃபெட் சாதனங்களை 1998 இல் 17என்எம் செயல்முறைக்கும், பின்னர் 2001 இல் 15என்எம் செயல்முறைக்கும் உருவாக்கியது. 2002 ஆம் ஆண்டில், யூ, சாங், அகமது, ஹூ, லியு, போகோர் மற்றும் டேபரி உள்ளிட்ட குழு 10nm ஃபின்ஃபெட் சாதனத்தை உருவாக்கியது. 2005 ஆம் ஆண்டில், யுசி சான் டியாகோவில் உள்ள இந்திய இயற்பியலாளர்கள் பிரபாகர் பண்டாரு மற்றும் அப்பாராவ் எம். ராவ் ஆகியோர் உலகின் மிகச்சிறிய டிரான்சிஸ்டரை உருவாக்கினர், இது முற்றிலும் கார்பன் நானோகுழாய்களால் தயாரிக்கப்பட்டது. இது நானோ சுற்றுகளுக்குப் பயன்படுத்தப்பட வேண்டும் என்று கருதப்பட்டது. நானோகுழாய்கள் கார்பன் அணுக்களின் சுருட்டப்பட்ட தாள்கள் மற்றும் மனித முடியை விட ஆயிரம் மடங்கு மெல்லியவை. 2006 ஆம் ஆண்டில், கொரியா அட்வான்ஸ்டு இன்ஸ்டிடியூட் ஆஃப் சயின்ஸ் அண்ட் டெக்னாலஜி (கேஏஐஎஸ்டி) மற்றும் நேஷனல் நானோ ஃபேப் சென்டர் ஆகியவற்றின் கொரிய ஆராய்ச்சியாளர்கள் குழு கேட்-ஆல்-அரவுண்ட் (ஜிஏஏ) ஃபின்ஃபெட் தொழில்நுட்பத்தை அடிப்படையாகக் கொண்ட உலகின் மிகச்சிறிய நானோ எலக்ட்ரானிக் சாதனமான 3 என்எம் மோஸ்ஃபெட்டை உருவாக்கியது. பொதுவாக, சுற்றுகள் சிலிக்கான் அடிப்படையிலான டிரான்சிஸ்டர்களைப் பயன்படுத்துகின்றன, ஆனால் கார்பன் நானோகுழாய்கள் அவற்றை மாற்றும் நோக்கில் உள்ளன. டிரான்சிஸ்டருக்கு இரண்டு வெவ்வேறு கிளைகள் உள்ளன, அவை ஒரே புள்ளியில் சந்திக்கின்றன, எனவே இது ஒரு Y வடிவத்தை அளிக்கிறது. மின்னோட்டம் இரண்டு கிளைகளிலும் பாயும் மற்றும் மின்னழுத்தத்தை இயக்கும் அல்லது அணைக்கக்கூடிய மூன்றாவது கிளையால் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது. இந்த புதிய திருப்புமுனை இப்போது நானோ சுற்றுகள் நானோகுழாய்களிலிருந்து முற்றிலும் தயாரிக்கப்படலாம் என்பதால் அவற்றின் பெயரை முழுமையாகப் பிடித்துக் கொள்ள அனுமதிக்கும். இந்த கண்டுபிடிப்புக்கு முன்பு, லாஜிக் சர்க்யூட்கள் நானோகுழாய்களைப் பயன்படுத்தின, ஆனால் மின்சாரத்தின் ஓட்டத்தைக் கட்டுப்படுத்த உலோக வாயில்கள் தேவைப்பட்டன. நானோ சுற்றுகளின் மிகப்பெரிய சாத்தியமான பயன்பாடு கணினிகள் மற்றும் மின்னணுவியல் ஆகியவற்றைக் கையாள்கிறது. விஞ்ஞானிகளும் பொறியியலாளர்களும் எப்போதும் கணினிகளை விரைவாக உருவாக்க விரும்புகிறார்கள். மைக்ரோ மற்றும் நானோ சிலிக்கானின் கலப்பினங்களை நானோ மையத்துடன் நாம் காணலாம் என்று சிலர் நினைக்கிறார்கள்-ஒருவேளை அதிக அடர்த்தி கொண்ட கணினி நினைவகம் அதன் உள்ளடக்கங்களை என்றென்றும் தக்க வைத்துக் கொள்ளும். வழக்கமான சுற்று வடிவமைப்பைப் போலல்லாமல், இது வரைபடத்திலிருந்து புகைப்பட வடிவத்திற்கு சிப் வரை செல்கிறது, நானோசர்க்யூட் வடிவமைப்பு அநேகமாக சிப்புடன் தொடங்கும்-1024 கூறுகள் மற்றும் கம்பிகளின் ஒழுங்கற்ற குழப்பம், இவை அனைத்தும் வேலை செய்யாது-படிப்படியாக அதை ஒரு பயனுள்ள சாதனமாக செதுக்கும். பாரம்பரிய மேல்-கீழ் அணுகுமுறையை எடுப்பதற்குப் பதிலாக, இந்த நானோ சுற்றுகளின் முழுமையான அளவு காரணமாக பாட்டம்-அப் அணுகுமுறையை விரைவில் பின்பற்ற வேண்டியிருக்கும். சுற்றுவட்டத்தில் உள்ள அனைத்தும் அநேகமாக வேலை செய்யாது, ஏனெனில் நானோ மட்டத்தில், நானோ சுற்றுகள் அவற்றின் சுருக்கத்தின் காரணமாக மிகவும் குறைபாடாகவும் தவறாகவும் இருக்கும். டிரான்சிஸ்டர்கள், லாஜிக் கேட்ஸ் மற்றும் டையோட்கள் போன்ற நானோ சுற்றுகளின் அனைத்து அத்தியாவசிய கூறுகளையும் விஞ்ஞானிகளும் பொறியியலாளர்களும் உருவாக்கியுள்ளனர். அவை அனைத்தும் கரிம மூலக்கூறுகள், கார்பன் நானோகுழாய்கள் மற்றும் நானோ கம்பி குறைக்கடத்திகளால் கட்டப்பட்டுள்ளன. செய்ய வேண்டிய ஒரே விஷயம் என்னவென்றால், இவ்வளவு சிறிய சாதனத்துடன் வரும் பிழைகளை அகற்ற ஒரு வழியைக் கண்டுபிடிப்பது மற்றும் நானோ சுற்றுகள் அனைத்து மின்னணுவியலுக்கும் ஒரு வழியாக மாறும். இருப்பினும், இறுதியில் சிறிய நானோ சுற்றுகள் எப்படி மாறும் என்பதற்கும் கணினிகள் மற்றும் மின்னணுவியல் அவற்றின் சமநிலை வேகத்தை அடையும் என்பதற்கும் ஒரு வரம்பு இருக்கும். மூரின் சட்ட நானோ தொழில்நுட்பம் நானோ தொழில்நுட்பத்தின் வரலாறு நானோ தொழில்நுட்ப பயன்பாடுகளின் பட்டியல் நானோ தொழில்நுட்ப குறிப்புகளின் தாக்கங்கள் நானோ எலக்ட்ரானிக்ஸ்