MIT ประสบความสำเร็จในการพัฒนาทรานซิสเตอร์แบบใหม่ พลิกโฉมวงการอิเล็กทรอนิกส์ !

นักฟิสิกส์จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ได้สร้างทรานซิสเตอร์ขึ้นจากวัสดุไฟฟ้าโพลาไรซ์ (Ferroelectric Materials) ซึ่งอาจปฏิวัติวงการอิเล็กทรอนิกส์ได้ วัสดุชนิดนี้เป็นนวัตกรรมที่ได้เริ่มพัฒนาศึกษากันตั้งแต่ปี 2021 (พ.ศ.2564) โดยมีคุณสมบัติบางเฉียบ สามารถแยกประจุบวก และประจุลบออกเป็นชั้นต่าง ๆ ได้

ทีมงานพัฒนานำโดยศาสตราจารย์ ปาโบล จาริลโล-เอร์เรโร (Pablo Jarillo-Herrero) และศาสตราจารย์เรย์มอนด์ อาชูริ (Raymond Ashoori) ได้ชี้ให้เห็นว่าทรานซิสเตอร์ชนิดใหม่นี้เหนือกว่าชนิดที่เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมในปัจจุบันในหลาย ๆ ด้าน

แกนกลางของทรานซิสเตอร์ตัวใหม่คือวัสดุไฟฟ้าโพลาไรซ์ ซึ่งเป็นวัสดุชนิดหนึ่งที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่น่าสนใจมาก โดยมีโครงสร้างภายในที่ทำให้เกิดขั้วไฟฟ้าถาวร (Electric dipole) ขึ้นมาเองโดยธรรมชาติ สามารถเหนี่ยวนำให้เกิดขั้วไฟฟ้าได้เมื่อถูกกระทำด้วยสนามไฟฟ้าภายนอก

ภายในจะมีโมเลกุลซ้อนกันแบบขนาน เมื่อใส่สนามไฟฟ้าเข้าไปชั้นต่าง ๆ จะเลื่อนไปมาเล็กน้อย และเปลี่ยนตำแหน่งของอะตอมโบรอน (Boron) และไนโตรเจน (Nitrogen) ทำให้คุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุเกิดความเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก

ภาพจาก : https://news.mit.edu/2024/new-transistors-superlative-properties-could-have-broad-electronics-applications-0726

ทรานซิสเตอร์ตัวใหม่นี้มีความโดดเด่นกว่าเทคโนโลยีที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันนี้ โดยเฉพาะความสามารถในการสลับระหว่างประจุบวก และประจุลบ ซึ่งก็คือเลขศูนย์ และเลขหนึ่งในระบบคอมพิวเตอร์ ด้วยความเร็วระดับนาโนวินาที (nSec) ความสามารถในการสลับอย่างรวดเร็วนี้เป็นกุญแจสำคัญสำหรับการประมวลผลข้อมูลในประสิทธิภาพที่สูง

ยิ่งไปกว่านั้นทรานซิสเตอร์ตัวใหม่นี้ยังมีความทนทานเป็นอย่างมาก โดยทีมระบุว่าทรานซิสเตอร์ตัวนี้ไม่มีสัญญาณของการเสื่อมสภาพเลย แม้จะผ่านการสลับสถานะถึง 100,000 ล้านครั้ง ในทางตรงกันข้ามอุปกรณ์หน่วยความจำแฟลชแบบเดิมจะพบปัญหาการสึกหรออยู่ และต้องใช้วิธีการที่ซับซ้อนในการกระจายการอ่าน และเขียนข้อมูลให้ได้ทั่วทั้งชิป

นอกจากนี้ทรานซิสเตอร์ที่บางเฉียบที่มีความหนาเพียงหนึ่งในพันล้านเมตร (1/10⁹ m)  ซึ่งช่วยเพิ่มโอกาสสำหรับการสร้างหน่วยความจำคอมพิวเตอร์ที่มีความหนาแน่นเพิ่มสูงมากขึ้น รวมถึงทรานซิสเตอร์ที่ใช้พลังงานน้อยลง แม้เทคโนโลยีทรานซิสเตอร์ใหม่นี้จะมีศักยภาพสูงจนดูเหมือนไม่มีที่สิ้นสุด แต่ก็ยังคงมีอุปสรรคบางอย่างที่ต้องแก้ไขก่อนที่เทคโนโลยีจะถูกนำมาใช้ได้จริง

วิธีการผลิตสำหรับวัสดุไฟฟ้าโพลาไรซ์ชนิดใหม่นี้มียังความซับซ้อนอยู่ และยังไม่เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก ซึ่งนักวิจัยกำลังหาวิธีที่จะผลิตวัสดุชนิดนี้ให้ได้ในจำนวนมาก และนำมาใช้จริงได้ซึ่งหากเกิดขึ้นจริง ใน 10 ถึง 20 ปีข้างหน้าเทคโนโลยีทรานซิสเตอร์นี้อาจเปลี่ยนแปลงโลกได้เลย