சில்லுவின் கதை – பேராசிரியர் ராஜேஷ் ஜெலே – ஐஐடி பம்பாய் (Chip Story – Prof. Rajesh Zele – IIT Bombay)
டிரான்சிஸ்டர்களின் அளவை மிகவும் குறைக்கும்போது கசிவு மின்னோட்டம் பல மடங்கு அதிகரிக்கிறது
0:00 முந்தைய நிகழ்வில் நாம் மீப் புறஊதா (EUV – Extreme ultraviolet) ஒளி பற்றிப் பார்த்தோம். நாம் என்ன செய்ய முயற்சிக்கிறோம்? டிரான்சிஸ்டரின் நீளத்தைக் குறைக்க வேண்டும். ஏன் நாம் அதைச் செய்ய வேண்டும்? ஒரு சதுர மில்லிமீட்டரில் முடிந்தவரை அதிக டிரான்சிஸ்டர்களை அடைக்க வேண்டும். இதன்மூலம் அதே கூறின் (die) பரப்பளவில் அதிக டிரான்சிஸ்டர்களை நம்மால் அடைக்க முடியும். டிரான்சிஸ்டரின் ON மின்தடையையும் குறைக்க முயற்சிக்கிறோம். இல்லையெனில் டிரான்சிஸ்டரின் தரம் பாதிக்கப்படும். நாம் கொடுக்கும் ஒரு குறிப்பிட்ட மின்னழுத்தத்திற்கு நமக்கு ஒரு சிறந்த டிரான்சிஸ்டர் தேவை. டிரான்சிஸ்டர் OFF செய்யப்பட்டிருக்கும்போது, கசிவு மின்னோட்டம் ஓடிக் கொண்டேயிருக்கும். குறைந்த தொழில்நுட்பங்களில், கசிவு மின்னோட்டம் மிகவும் குறைவு, அதாவது ஒரு சில நானோ ஆம்பியர்கள்தான் இருக்கும். ஆனால் உயர் தொழில்நுட்பங்களுக்குச் செல்லும்போது, கசிவு மின்னோட்டம் பலமடங்கு அதிகரிக்கிறது. இதைக் குறைப்பதே நமது மூன்றாவது குறிக்கோள். அதாவது குறைந்தபட்ச மின் நுகர்வுடன் அதிகபட்ச செயலாக்க ஆற்றலைப் பெறுவதே நமது குறிக்கோள். இதற்கு திறன்பேசி ஒரு சிறந்த எடுத்துக்காட்டு.
2:38 முப்பரிமாண (3D) டிரான்சிஸ்டர்கள், குறிப்பாக FinFET (Fin Field-Effect Transistor), இந்தப் பிரச்சினையைச் சமாளிக்க ஒரு புதுமையான தீர்வை வழங்குகின்றன. ஒரு சுறா மீன் துடுப்பு போல செங்குத்தாக நீண்டு நிற்கும் ஒரு மெல்லிய சிலிக்கான் துடுப்பைக் கற்பனை செய்து பாருங்கள். டிரான்சிஸ்டரின் மூலம் (source) மற்றும் மின்னோட்டம் செல்லும் இடத்திற்கு (drain) இடையேயான தடமாக (channel) இந்தத் துடுப்பு செயல்படுகிறது, மேலும் நுழைவாயில் (gate) அதை மூன்று பக்கங்களிலும் சுற்றி வளைத்துள்ளது. இந்த 3D வடிவமைப்பு, நுழைவாயில் கட்டுப்பாட்டைக் கணிசமாக மேம்படுத்துகிறது, இதனால் கசிவு மின்னோட்டம் குறைகிறது. மேலும், மூன்று பக்கங்களிலும் நுழைவாயில் இருப்பதால், 2D டிரான்சிஸ்டரை விடக் குறைந்த நுழைவாயில் மின்னழுத்தத்துடன் அதிக மின்னோட்டத்தைக் கட்டுப்படுத்த முடியும். இதன் விளைவாக, அதிக செயல்திறன் மற்றும் குறைந்த மின் நுகர்வு ஏற்படுகிறது. சுருக்கமாக, 3D டிரான்சிஸ்டர்கள் மூலம், அதே கூறின் பரப்பில் அதிக டிரான்சிஸ்டர்களை அடைத்து, சிறந்த செயல்திறன் மற்றும் குறைந்த மின் நுகர்வுடன் சக்திவாய்ந்த சாதனங்களை உருவாக்க முடியும்.
இந்த 3D யோசனை மூரின் விதிமுறைக்கு மேலும் 25 ஆண்டுகளுக்கு உயிர் கொடுத்தது
12:50 அடுத்து, 28 நானோமீட்டர் முனைகளுக்குக் (node) கீழே செல்ல அனுமதித்த FinFET டிரான்சிஸ்டரை யார் கண்டுபிடித்தார்கள் என்பதைப் பார்க்கப் போகிறோம். டாக்டர். டிக் ஹிசமோட்டோ (Dr. Digh Hisamoto), ஹிட்டாச்சி மத்திய ஆய்வகம் மற்றும் பேராசிரியர் சென்மிங் ஹூ (Prof. Chenming Hu), யுசி பெர்க்லி. 2000 ஆம் ஆண்டு வாக்கில் நடைபெற்ற வருடாந்திர தொழில்துறை மாநாட்டின் போது, மூரின் விதி இனி செல்லாது என்று அனைவரும் நினைத்தபோது இருந்த மனநிலையை நான் நினைவில் கொள்கிறேன். ஏனென்றால், 2D அல்லது தட்டையான வடிவமைப்பில் டிரான்சிஸ்டர்களை இனி நெருக்கமாக அடைக்க வழி இல்லை. அப்போதுதான் இந்த 3D யோசனை வந்தது. ஆகவே இது மூரின் விதிக்கு மேலும் 25 ஆண்டுகளுக்கு உயிர் கொடுத்தது.
ஒரு யோசனையைக் கொண்டு வருவதைவிட அதை உற்பத்திக்குத் தகுதியானதாக மாற்றுவது பல மடங்கு கடினம்
14:15 ஒரு யோசனையைக் கொண்டு வருவது ஒரு பங்குதான். அதை உற்பத்திக்குத் தகுதியானதாக மாற்றுவது பல மடங்கு கடினம். டாக்டர் ஹிசமோட்டோ, ஜப்பானில் இருந்து பெர்க்லிக்கு ஒரு தொழில்துறை வருகைப் பேராசிரியராக வந்தார், அங்கேயே அவர்கள் முழு செயல்முறையையும் உருவாக்கினர். பேராசிரியர் சென்மிங் ஹூ சில ஆண்டுகள் TSMC இல் CTO வாகவும் இருந்தார்.
இத்தனைப் புதுமைகளும் நடைபெற்றுவரும் இக்காலத்தில் நாம் இத்துறையில் இருப்பதே நல்வாய்ப்பானது
15:15 250 நானோமீட்டரில் இருந்து 65 நானோமீட்டர் வரை எல்லாம் ஒரே நேர்கோட்டில் முன்னேறி வந்தன. ஒரு டிரான்சிஸ்டரில் நீங்கள் செய்யக்கூடிய மாற்றங்கள் மிகக் குறைவுதான். அடித்தளம் (substrate), மூலம் (source) மற்றும் மின்னோட்டம் செல்லும் பகுதி (drain), நுழைவாயில் (gate) மற்றும் ஆக்சைடு ஆகியவை உள்ளன. இவை முக்கியமான கூறுகள். புதிய ஆக்சைடைக் கண்டுபிடித்தனர், பின்னர் உலோக நுழைவாயில் ஆக்சைடு (metal gate oxide), இப்படித் தொடர்ந்தது. இந்த முயற்சிகள் அனைத்தும் இரண்டு சங்கதிகளை மேம்படுத்துவதற்காகவே – ஒன்று ON மின்தடையைக் குறைப்பது, மற்றொன்று OFF கசிவு மின்னோட்டத்தைக் குறைப்பது. 2000 ஆம் ஆண்டுக்குள் 2D வடிவமைப்பின் வரம்புகள் எட்டப்பட்டன. நல்வாய்ப்பாக FinFET 3D வடிவமைப்பு வந்தது. இதன் விளைவாக மூரின் விதிப்படி நாம் தொடர்ந்து முன்னேறுகிறோம். நடைபெற்றுவரும் அனைத்துப் புதுமைகளாலும் இந்தத் துறையில் இருப்பது மிகவும் உற்சாகமான நேரம். பொருள் அறிவியலில் (materials science) பல புதுமைகள் நிகழ்ந்து வருகின்றன.
தமிழாக்கம்: இரா. அசோகன்