Nanocircuitry
نینو سرکٹ برقی سرکٹ ہیں جو نینو میٹر پیمانے پر کام کرتے ہیں۔ یہ کوانٹم دائرے میں اچھی طرح سے ہے، جہاں کوانٹم مکینیکل اثرات بہت اہم ہو جاتے ہیں۔ ایک نینو میٹر 10−9 میٹر یا 10 ہائیڈروجن ایٹموں کی ایک قطار کے برابر ہوتا ہے۔ اس طرح کے بتدریج چھوٹے سرکٹس کے ساتھ، کمپیوٹر چپ پر مزید نصب کیا جا سکتا ہے۔ یہ کم طاقت کا استعمال کرتے ہوئے تیز اور زیادہ پیچیدہ افعال کی اجازت دیتا ہے۔ نینو سرکٹ تین مختلف بنیادی اجزاء پر مشتمل ہوتے ہیں۔ یہ ٹرانجسٹرز، انٹر کنیکشنز اور فن تعمیر ہیں، یہ سب نینو میٹر پیمانے پر بنائے گئے ہیں۔ نینو سرکٹری کے لیے مختلف نقطہ نظر نینو سرکٹری کو مختلف شکلوں میں نافذ کرنے کے لیے مختلف تجاویز پیش کی گئی ہیں۔ ان میں نانووائرز، سنگل الیکٹران ٹرانجسٹرز، کوانٹم ڈاٹ سیلولر آٹومیٹا، اور نینو اسکیل کراس بار لیچز شامل ہیں۔ تاہم، ممکنہ طور پر قریب ترین نقطہ نظر میں ایم او ایس ایف ای ٹی (میٹل-آکسائیڈ-سیمی کنڈکٹر فیلڈ ایفیکٹ ٹرانجسٹرز) کو بہتر بنانے کے لیے نینو میٹریلز کو شامل کرنا شامل ہوگا۔ یہ فی الحال زیادہ تر اینالاگ اور ڈیجیٹل سرکٹ ڈیزائن کی بنیاد بناتے ہیں، جس کی اسکیلنگ مور کے قانون کو چلاتی ہے۔ ایم او ایس ایف ای ٹی ڈیزائن اور اس کے مستقبل کا احاطہ کرنے والا ایک جائزہ مضمون 2004 میں شائع ہوا تھا جس میں پیمانے میں کمی کے تحت ایم او ایس ایف ای ٹی کی مختلف جیومیٹریز کا موازنہ کیا گیا تھا اور نوٹ کیا گیا تھا کہ سرکلر کراس سیکشن عمودی چینل ایف ای ٹی پیمانے میں کمی کے لیے بہترین ہیں۔ یہ ترتیب نینو اسکیل قطر کے ساتھ عمودی سیمی کنڈکٹر سلنڈریکل چینلز کا استعمال کرتے ہوئے اعلی کثافت کے ساتھ نافذ کرنے کی صلاحیت رکھتی ہے اور انفینون ٹیکنالوجیز اور سیمسنگ نے اس سمت میں تحقیق اور ترقی شروع کی ہے جس کے نتیجے میں MOSFET ڈیزائن میں نینو ویئر اور کاربن نینو ٹیوبز کا استعمال کرتے ہوئے کچھ بنیادی پیٹنٹ حاصل ہوئے ہیں۔ ایک متبادل نقطہ نظر میں، نانوسیس ایک ایف ای ٹی کے لیٹرل چینل کے طور پر کام کرنے کے لیے سبسٹریٹ پر نانووائر کی پہلے سے تیار کردہ صفوں کو نمونہ بنانے کے لیے حل پر مبنی جمع اور صف بندی کے عمل کا استعمال کرتا ہے۔ اگرچہ واحد نانووائر ایف ای ٹی کی طرح اسکیل ایبلٹی کے قابل نہیں ہے، چینل کے لیے پہلے سے تیار کردہ متعدد نانووائرز کا استعمال وشوسنییتا میں اضافہ کرتا ہے اور پیداواری لاگت کو کم کرتا ہے کیونکہ روایتی من گھڑت طریقہ کار کے مقابلے کم درجہ حرارت پر نانووائرز کو جمع کرنے کے لیے بڑے حجم کی پرنٹنگ کے عمل کا استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اس کے علاوہ، کم درجہ حرارت کے جمع ہونے کی وجہ سے پولیمر جیسے وسیع اقسام کے مواد کو ٹرانجسٹروں کے لیے کیریئر سبسٹریٹ کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے جو لچکدار الیکٹرانک ایپلی کیشنز جیسے الیکٹرانک کاغذ، موڑنے کے قابل فلیٹ پینل ڈسپلے، اور وسیع رقبے والے شمسی خلیوں کے لیے دروازہ کھولتے ہیں۔ پیداوار کے طریقے نینو سرکٹس کو سمجھنے کے لیے سب سے بنیادی تصورات میں سے ایک مور کے قانون کی تشکیل ہے۔ یہ تصور اس وقت پیدا ہوا جب انٹیل کے شریک بانی گورڈن مور ٹرانجسٹروں کی قیمت میں دلچسپی لینے لگے اور ایک چپ پر زیادہ فٹ ہونے کی کوشش کرنے لگے۔ اس کا تعلق یہ ہے کہ ٹرانجسٹروں کی تعداد جو سلکان انٹیگریٹڈ سرکٹ پر بنائی جا سکتی ہے-اور اس وجہ سے اس طرح کے سرکٹ کی کمپیوٹنگ کی صلاحیتیں-ہر 18 سے 24 ماہ میں دوگنی ہو رہی ہیں۔ سرکٹ پر جتنے زیادہ ٹرانجسٹر فٹ ہوں گے، کمپیوٹر میں اتنی ہی زیادہ کمپیوٹیشنل صلاحیتیں ہوں گی۔ یہی وجہ ہے کہ سائنس دان اور انجینئر ان نینو سرکٹس کو تیار کرنے کے لیے مل کر کام کر رہے ہیں تاکہ تیزی سے زیادہ سے زیادہ ٹرانجسٹر ایک چپ پر فٹ ہو سکیں۔ یہ کتنا اچھا لگ سکتا ہے اس کے باوجود، بہت سے مسائل پیدا ہوتے ہیں جو اس وقت پیدا ہوتے ہیں جب اتنے سارے ٹرانجسٹر ایک ساتھ پیک ہوتے ہیں۔ سرکٹس اتنے چھوٹے ہونے کی وجہ سے، ان میں بڑے سرکٹس کے مقابلے میں زیادہ مسائل ہوتے ہیں، خاص طور پر گرمی-چھوٹے سطح کے رقبے پر لگائی جانے والی طاقت کی مقدار گرمی کی کھپت کو مشکل بنا دیتی ہے، یہ اضافی گرمی غلطیوں کا سبب بنے گی اور چپ کو تباہ کر سکتی ہے۔ نینو اسکیل سرکٹس آج کے سرکٹس کے مقابلے درجہ حرارت میں ہونے والی تبدیلیوں، کائناتی شعاعوں اور برقی مقناطیسی مداخلت کے لیے زیادہ حساس ہیں۔ جیسے جیسے زیادہ ٹرانجسٹر ایک چپ پر پیک کیے جاتے ہیں، اس طرح کے مظاہر جیسے چپ پر آوارہ سگنلز، بہت سے قریب سے پیک کیے گئے آلات سے گرمی کو ختم کرنے کی ضرورت، چھوٹے پیمانے کی وجہ سے موصلیت کی رکاوٹوں کو عبور کرنا، اور من گھڑت سازی کی مشکلات رک جائیں گی یا ترقی کو شدید سست کر دیں گی۔ ایک وقت آئے گا جب سرکٹس بنانے کی لاگت اور بھی کم ہوگی، اور کمپیوٹر کی رفتار زیادہ سے زیادہ ہو جائے گی۔ اس وجہ سے، بہت سے سائنس دانوں کا خیال ہے کہ مور کا قانون ہمیشہ کے لیے برقرار نہیں رہے گا اور جلد ہی عروج پر پہنچ جائے گا، کیونکہ مور کا قانون بڑی حد تک مائیکرو لیتھوگرافک نقاشی ٹیکنالوجیز میں بہتری کی وجہ سے ہونے والے کمپیوٹیشنل فوائد پر مبنی ہے۔ ان نینو سرکٹس کی تیاری میں بہت سے پہلو شامل ہیں۔ ان کی تنظیم کا پہلا حصہ ٹرانجسٹر سے شروع ہوتا ہے۔ ابھی تک، زیادہ تر الیکٹرانکس سلکان پر مبنی ٹرانجسٹر استعمال کر رہے ہیں۔ ٹرانجسٹر سرکٹس کا ایک لازمی حصہ ہیں کیونکہ وہ بجلی کے بہاؤ کو کنٹرول کرتے ہیں اور کمزور برقی اشاروں کو مضبوط اشاروں میں تبدیل کرتے ہیں۔ وہ برقی کرنٹ کو بھی کنٹرول کرتے ہیں کیونکہ وہ اسے آن کر سکتے ہیں، یا سگنلز کو بھی بڑھا سکتے ہیں۔ سرکٹس اب سلکان کو ٹرانجسٹر کے طور پر استعمال کرتے ہیں کیونکہ اسے آسانی سے کنڈکٹنگ اور نان کنڈکٹنگ اسٹیٹس کے درمیان تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ تاہم نینو الیکٹرانکس میں ٹرانجسٹر نامیاتی مالیکیول یا نینو اسکیل غیر نامیاتی ڈھانچے ہو سکتے ہیں۔ سیمی کنڈکٹر، جو ٹرانجسٹرز کا حصہ ہیں، بھی نینو حالت میں نامیاتی مالیکیولز سے بنائے جا رہے ہیں۔ نینو سرکٹ تنظیم کا دوسرا پہلو باہمی تعلق ہے۔ اس میں منطقی اور ریاضیاتی کارروائیاں اور ٹرانجسٹروں کو ایک ساتھ جوڑنے والی تار شامل ہیں جو اسے ممکن بناتی ہیں۔ نینو سرکٹس میں ٹرانجسٹروں کو ایک ساتھ جوڑنے کے لیے نینو ٹیوبز اور ایک نینومیٹر کی طرح تنگ دیگر تاروں کا استعمال کیا جاتا ہے۔ نانووائر چند سالوں سے کاربن نینو ٹیوبز سے بنائے جا رہے ہیں۔ کچھ سال پہلے تک، ٹرانجسٹرز اور نینو وائروں کو سرکٹ تیار کرنے کے لیے اکٹھا کیا جاتا تھا۔ تاہم، سائنس دان اس میں ٹرانجسٹرز کے ساتھ ایک نانووائر تیار کرنے میں کامیاب رہے ہیں۔ 2004 میں، ہارورڈ یونیورسٹی کے نینو ٹیک کے علمبردار چارلس لیبر اور ان کی ٹیم نے ایک نینو وائر بنایا ہے-جو کاغذ کی ایک شیٹ سے 10,000 گنا پتلا ہے-جس میں ٹرانجسٹروں کی ایک تار ہے۔ بنیادی طور پر، ٹرانجسٹر اور نانووائر پہلے سے ہی تار بند ہیں تاکہ ٹرانجسٹر کو نانووائر کے ساتھ جوڑنے کی کوشش کے مشکل کام کو ختم کیا جا سکے۔ نینو سرکٹ تنظیم کا آخری حصہ فن تعمیر ہے۔ اس کی وضاحت ٹرانجسٹرز کے آپس میں جڑے ہونے کے مجموعی طریقے کے طور پر کی گئی ہے، تاکہ سرکٹ کمپیوٹر یا دوسرے سسٹم میں پلگ ان ہو سکے اور نچلی سطح کی تفصیلات سے آزادانہ طور پر کام کر سکے۔ نینو سرکٹ اتنے چھوٹے ہونے کی وجہ سے، وہ غلطی اور نقائص کے لیے مقرر ہوتے ہیں۔ سائنسدانوں نے اس سے نمٹنے کا ایک طریقہ وضع کیا ہے۔ ان کا فن تعمیر ایسے سرکٹس کو یکجا کرتا ہے جن میں بے کار منطق کے دروازے ہوتے ہیں اور چپ پر کئی سطحوں پر ڈھانچوں کو دوبارہ ترتیب دینے کی صلاحیت کے ساتھ باہمی رابطے ہوتے ہیں۔ بے کار پن سرکٹ کو مسائل کی نشاندہی کرنے اور خود کو دوبارہ ترتیب دینے کی اجازت دیتا ہے تاکہ سرکٹ مزید مسائل سے بچ سکے۔ یہ منطق گیٹ کے اندر غلطیوں کی بھی اجازت دیتا ہے اور پھر بھی یہ غلط نتیجہ دیے بغیر صحیح طریقے سے کام کرتا ہے۔ تجرباتی پیش رفت اور ممکنہ ایپلی کیشنز 1987 میں بیجن داواری کی قیادت میں آئی بی ایم کی ایک تحقیقی ٹیم نے ٹونگسٹن گیٹ ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے ہوئے 10 این ایم گیٹ آکسائیڈ موٹائی کے ساتھ میٹل آکسائیڈ سیمی کنڈکٹر فیلڈ ایفیکٹ ٹرانجسٹر (ایم او ایس ایف ای ٹی) کا مظاہرہ کیا۔ ملٹی گیٹ ایم او ایس ایف ای ٹی نے 20 این ایم گیٹ کی لمبائی سے نیچے اسکیلنگ کو فعال کیا، جس کا آغاز فن ایف ای ٹی (فن فیلڈ ایفیکٹ ٹرانجسٹر) سے ہوتا ہے، جو ایک سہ جہتی، غیر پلینر، ڈبل گیٹ ایم او ایس ایف ای ٹی ہے۔ فن ایف ای ٹی 1989 میں ہٹاچی سنٹرل ریسرچ لیبارٹری میں ڈگ ہساموٹو کی تحقیق سے شروع ہوتا ہے۔ یو سی برکلے میں، فنفیٹ ڈیوائسز کو ہساموٹو پر مشتمل ایک گروپ نے ٹی ایس ایم سی کے چنمنگ ہو اور دیگر بین الاقوامی محققین بشمول سو-جے کنگ لیو، جیفری بوکور، ہیڈیکی ٹیکوچی، کے۔ اسانو، جیکب کیڈزیرسک، ژیوجو ہوانگ، لی لینڈ چانگ، نک لنڈرٹ، شیبلی احمد اور سائرس ٹیبری کے ساتھ تیار کیا تھا۔ ٹیم نے 1998 میں 17 این ایم کے عمل تک فن ایف ای ٹی آلات تیار کیے، اور پھر 2001 میں 15 این ایم۔ 2002 میں یو، چانگ، احمد، ہو، لیو، بوکور اور ٹیبری پر مشتمل ایک ٹیم نے 10 این ایم فنفیٹ ڈیوائس تیار کیا۔ 2005 میں، یو سی سان ڈیاگو میں ہندوستانی طبیعیات دان پربھاکر بندارو اور اپاراؤ ایم راؤ نے دنیا کا سب سے چھوٹا ٹرانجسٹر تیار کیا جو مکمل طور پر کاربن نینو ٹیوبز سے بنایا گیا تھا۔ اس کا مقصد نینو سرکٹس کے لیے استعمال کرنا تھا۔ نینو ٹیوبز کاربن ایٹموں کی لپیٹی ہوئی چادریں ہوتی ہیں اور انسانی بالوں سے ایک ہزار گنا زیادہ پتلی ہوتی ہیں۔ 2006 میں کوریا ایڈوانسڈ انسٹی ٹیوٹ آف سائنس اینڈ ٹیکنالوجی (کے اے آئی ایس ٹی) اور نیشنل نینو فاب سینٹر کے کوریائی محققین کی ایک ٹیم نے گیٹ آل اراؤنڈ (جی اے اے) فنفیٹ ٹیکنالوجی پر مبنی دنیا کا سب سے چھوٹا نینو الیکٹرانک ڈیوائس 3 این ایم ایم او ایس ایف ای ٹی تیار کیا۔ عام طور پر، سرکٹس سلکان پر مبنی ٹرانجسٹر استعمال کرتے ہیں، لیکن کاربن نینو ٹیوبز کا مقصد ان کی جگہ لینا ہے۔ ٹرانجسٹر کی دو مختلف شاخیں ہوتی ہیں جو ایک ہی مقام پر ملتی ہیں، اس لیے اسے Y شکل دیتی ہیں۔ کرنٹ دونوں شاخوں میں بہہ سکتا ہے اور اسے تیسری شاخ کے ذریعے کنٹرول کیا جاتا ہے جو وولٹیج کو آن یا آف کر دیتی ہے۔ یہ نئی پیش رفت اب نینو سرکٹس کو مکمل طور پر اپنے نام پر برقرار رکھنے کی اجازت دے سکتی ہے کیونکہ انہیں مکمل طور پر نینو ٹیوبز سے بنایا جا سکتا ہے۔ اس دریافت سے پہلے، منطق سرکٹس نینو ٹیوبز کا استعمال کرتے تھے، لیکن برقی کرنٹ کے بہاؤ کو کنٹرول کرنے کے قابل ہونے کے لیے دھات کے دروازوں کی ضرورت ہوتی تھی۔ بلاشبہ نینو سرکٹس کا سب سے بڑا ممکنہ استعمال کمپیوٹر اور الیکٹرانکس سے متعلق ہے۔ سائنسدان اور انجینئر ہمیشہ کمپیوٹر کو تیز تر بنانے کی کوشش کر رہے ہیں۔ کچھ لوگوں کا خیال ہے کہ قریب ترین مدت میں، ہم مائیکرو اور نینو سلکان کے ہائبرڈ کو نینو کور کے ساتھ دیکھ سکتے ہیں-شاید ایک اعلی کثافت والی کمپیوٹر میموری جو اپنے مندرجات کو ہمیشہ کے لیے برقرار رکھتی ہے۔ روایتی سرکٹ ڈیزائن کے برعکس، جو بلیو پرنٹ سے لے کر فوٹو گرافی کے پیٹرن سے لے کر چپ تک آگے بڑھتا ہے، نینو سرکٹ ڈیزائن شاید چپ سے شروع ہوگا-1024 اجزاء اور تاروں کی ایک بے ترتیب گڑبڑ، جن میں سے سبھی کام بھی نہیں کریں گے-اور آہستہ آہستہ اسے ایک مفید ڈیوائس میں ڈھال لیں گے۔ روایتی اوپر سے نیچے کا نقطہ نظر اپنانے کے بجائے، ان نینو سرکٹس کے سراسر سائز کی وجہ سے شاید جلد ہی نیچے سے اوپر کا نقطہ نظر اپنانا پڑے گا۔ سرکٹ میں ہر چیز شاید کام نہیں کرے گی کیونکہ نینو سطح پر، نینو سرکٹ اپنی کمپیکٹنس کی وجہ سے زیادہ عیب دار اور ناقص ہوں گے۔ سائنسدانوں اور انجینئروں نے نینو سرکٹس کے تمام ضروری اجزاء جیسے ٹرانجسٹرز، منطق گیٹس اور ڈایڈس تیار کیے ہیں۔ یہ سب نامیاتی مالیکیولز، کاربن نینو ٹیوبز اور نینو وائر سیمی کنڈکٹرز سے بنائے گئے ہیں۔ صرف اتنا کرنا باقی ہے کہ اس طرح کے چھوٹے آلے کے ساتھ آنے والی غلطیوں کو ختم کرنے کا راستہ تلاش کریں اور نینو سرکٹ تمام الیکٹرانکس کا ایک طریقہ بن جائیں گے۔ تاہم، آخر کار اس بات کی ایک حد ہوگی کہ چھوٹے نینو سرکٹ کیسے بن سکتے ہیں اور کمپیوٹر اور الیکٹرانکس اپنی توازن کی رفتار تک پہنچ جائیں گے۔ مزید دیکھیں مور کا قانون نینو ٹیکنالوجی نینو ٹیکنالوجی کی تاریخ نینو ٹیکنالوجی ایپلی کیشنز کی فہرست نینو ٹیکنالوجی کے اثرات حوالہ جات نینو الیکٹرانکس