อนาคตมีความยืดหยุ่น

เมื่อทหารฝ่ายสัมพันธมิตรอพยพออกจากดันเคิร์กในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง ศูนย์บัญชาการกองทัพอังกฤษสำหรับ “ปฏิบัติการไดนาโม” ตั้งอยู่ในอุโมงค์ลับใต้หน้าผาสีขาวแห่งโดเวอร์ ทุกวันนี้ การดำเนินการด้านลอจิสติกส์ขนาดใหญ่เช่นนี้คงเป็นไปไม่ได้หากปราศจากการใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แต่ก่อนหน้านั้น อุโมงค์เก็บพลังงานคอมพิวเตอร์ไว้น้อยมาก (ถ้ามี) แม้แต่คอมพิวเตอร์ที่พัฒนา

เพื่อถอดรหัส

ข้อความรหัสภาษาเยอรมัน ก็ยังถือว่าเก่าแก่ตามมาตรฐานปัจจุบันและครอบครองห้องชุดทั้งหมดก้าวไปข้างหน้าอย่างเร็วจนถึงทุกวันนี้ เราแต่ละคนมีอุปกรณ์สื่อสารขนาดเล็กที่มีกำลังการประมวลผลมากกว่าหน่วยข่าวกรองทางทหารของอังกฤษในสงครามโลกครั้งที่สอง เราขับเคลื่อนรถยนต์ด้วย

พลังการประมวลผลที่มากกว่ายานอวกาศอพอลโลที่นำมนุษย์ลงจอดบนดวงจันทร์เป็นครั้งแรก คอมพิวเตอร์เดสก์ท็อปและแล็ปท็อปเมื่อ 20 ปีที่แล้วดูเหมือนยุคหินเมื่อเทียบกับแท็บเล็ต สมาร์ทวอทช์ และโทรศัพท์ในปัจจุบัน เนื่องจากมีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากที่สามารถติดรองเท้าไว้

ในพื้นที่เล็กๆ ได้ แม้แต่ทีวี เครื่องซักผ้า และเครื่องใช้ในครัวเรือนอื่น ๆ ก็เต็มไปด้วยชิปแต่เราคาดหวังอะไรได้บ้างในอีกหลายปีข้างหน้า? เราไม่จำเป็นต้องพกอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ติดตัวไปทุกที่อีกต่อไปหรือไม่? เราจะสามารถสวมใส่มันในเสื้อผ้าของเราหรือต่อกิ่งบนผิวหนังของเราได้หรือไม่? 

คำตอบจะขึ้นอยู่กับความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งเป็นวัสดุไฮบริดที่รวมคุณสมบัติของฉนวนและตัวนำเข้าด้วยกัน สิ่งที่ทำให้สิ่งเหล่านี้เป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์คือสามารถเปิดและปิดการนำไฟฟ้าได้อย่างรวดเร็วและง่ายดาย

การสวิตชิ่งเป็นไปได้เพราะมีกำแพงกั้นพลังงานระหว่างแถบวาเลนซ์พลังงานต่ำกับแถบการนำไฟฟ้าพลังงานสูง อิเล็กตรอนจำเป็นต้องเอาชนะสิ่งกีดขวางนี้เพื่อไหลผ่านวัสดุที่เรียกว่าช่องว่างแถบ สิ่งที่เราต้องทำคือใช้สนามไฟฟ้ากับเซมิคอนดักเตอร์ สนามของขั้วเดียวช่วยให้ประจุได้รับพลังงาน

และเคลื่อนผ่าน

วัสดุโดยการข้ามช่องว่างของแถบ ย้อนกลับสนามและอิเล็กตรอนจะสูญเสียพลังงาน อยู่ในวงวาเลนซ์และเดินทางน้อยลงความสามารถในการสลับนี้ช่วยให้เซมิคอนดักเตอร์กลายเป็นไดโอด ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ปล่อยให้กระแสไหลในทิศทางเดียวแต่ไม่ใช่อีกทิศทางหนึ่ง และเข้าสู่ตัวเก็บประจุ 

ซึ่งรวมกันเป็นส่วนประกอบสำคัญของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยที่สุด ตัวอย่างเช่น การรวมไดโอดสองตัวและตัวเก็บประจุของสารกึ่งตัวนำโลหะออกไซด์ (MOS) เข้าด้วยกัน คุณจะได้ทรานซิสเตอร์แบบ field-effect (FET) ซึ่งสามารถใช้ร่วมกับทรานซิสเตอร์ตัวอื่นเป็นลอจิกเกตสำหรับการคำนวณ

ทุกวันนี้ FET ส่วนใหญ่ทำจากสารกึ่งตัวนำ 3 มิติ เช่น ซิลิกอนหรือแกลเลียมอาร์เซไนด์ โดยขึ้นรูปเป็นโครงสร้างขนาดนาโนเมตรโดยใช้เทคนิคการประมวลผลวัสดุขั้นสูง ทรานซิสเตอร์ดังกล่าวมีประสิทธิภาพมหาศาล – เป็นแกนหลักของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ แต่มีลักษณะแข็งและทึบแสง 

ดังนั้นจึงไม่สามารถรวมเข้ากับเสื้อผ้าหรือกระดาษได้ง่าย โชคดีที่มีเด็กใหม่ในกลุ่มที่อาจนำไปสู่อุปกรณ์ที่หลากหลายมากขึ้น เช่น แผ่นแปะตรวจสุขภาพที่สามารถสวมใส่ได้บนผิวหนัง สมาร์ทโฟนที่ทอเป็นจัมเปอร์หรือแผงโซลาร์เซลล์ที่รวมอยู่ในกระเป๋าเป้สะพายหลังของคุณเพื่อชาร์จโทรศัพท์ของคุณ

ผอมลง

วัสดุเหล่านี้เป็นสารกึ่งตัวนำหลายชั้น ซึ่งของแข็ง 3 มิติจำนวนมากถูกทำให้บางลงจนเหลือเป็นเศษไม้ 2 มิติที่มีความหนาเพียงไม่กี่อะตอม กระบวนการลดขนาดนี้สามารถทำได้โดยใช้วิธีการง่ายๆ เช่น วิธี “สก๊อตช์เทป” พัฒนาขึ้นเพื่อแยกกราฟีนออกจากกราไฟต์ใน ผลงานที่ได้รับ รางวัลโนเบลในปี 2010 

วิธีการอื่นๆ ได้แก่ “การขัดผิวด้วยแรงเฉือน” ในสื่อที่เป็นของเหลวโดยใช้เครื่องปั่นระดับอุตสาหกรรมเพื่อผลิตหมึกพิมพ์และฟิล์มเซมิคอนดักเตอร์ เช่นเดียวกับเทคนิคทางเคมี ซึ่งวัสดุจะเติบโตโดยการสะสมไอระเหยบนวัสดุพิมพ์เป้าหมาย เซมิคอนดักเตอร์ 2 มิติมีความโปร่งใสและยืดหยุ่น 

นำเสนอฟังก์ชันพิเศษสำหรับแกดเจ็ตใหม่ๆเซมิคอนดักเตอร์ใหม่เหล่านี้เป็นแบบ 2 มิติ มีความโปร่งใสและยืดหยุ่น ทำให้สามารถรวมเข้ากับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีฟังก์ชันการทำงานพิเศษสำหรับแกดเจ็ตใหม่ๆ เช่น อุปกรณ์หน่วยความจำที่ยืดหยุ่นได้ และตัวตรวจจับแสงแบบโปร่งใส แต่การแทนที่

เซมิคอนดักเตอร์ 3 มิติแบบดั้งเดิมด้วยโครงสร้างหนาระดับอะตอมเนื่องจากส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่ในทรานซิสเตอร์นั้นไม่ตรงไปตรงมา ปัญหาอย่างหนึ่งเกิดขึ้นเมื่อวัสดุใหม่เหล่านี้เชื่อมต่อกับอิเล็กโทรดโลหะ ซึ่งใช้เป็นตัวเชื่อมเพื่อนำกระแสจากส่วนประกอบหนึ่งไปยังอีกส่วนประกอบหนึ่ง

ด้วยเซมิคอนดักเตอร์ 2 มิติ อุปกรณ์ทั้งหมดจึงเป็นพื้นผิวได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้นเมื่อเชื่อมต่อกับโลหะ ความแตกต่างใน “ฟังก์ชันการทำงาน” ระหว่างวัสดุทั้งสองจะสร้างอุปสรรคด้านพลังงานที่อินเทอร์เฟซ รู้จักกันในชื่อ “สิ่งกีดขวาง” สามารถเอาชนะได้ในเซมิคอนดักเตอร์ 3 มิติ

โดยการเติมเซมิคอนดักเตอร์ทางเคมีใกล้กับส่วนต่อประสานกับโลหะ อย่างไรก็ตาม การเติมเซมิคอนดักเตอร์แบบ 2 มิติไม่ใช่ทางเลือก เนื่องจากสายพันธุ์ต่างถิ่นสามารถเปลี่ยนคุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุได้อย่างมากปัญหาอีกประการหนึ่งของเซมิคอนดักเตอร์ 2 มิติก็คือ การนำไฟฟ้า

นั้นได้รับอิทธิพลอย่างมากจากสถานะที่น่ารำคาญซึ่งก่อตัวขึ้นในกำแพงกั้นพลังงานที่พื้นผิวของคริสตัล “สภาวะพื้นผิว” เหล่านี้ ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากช่วงเวลาของคริสตัลสิ้นสุดลงที่พื้นผิว ไม่สามารถนำไปสู่การนำไฟฟ้าได้ ในความเป็นจริง อิเล็กตรอนจะติดอยู่ในสถานะเหล่านี้ ทำให้การนำไฟฟ้าของวัสดุลดลงตามจำนวนที่ขึ้นอยู่กับจำนวนกับดัก

credit: genericcialis-lowest-price.com TheCancerTreatmentsBlog.com artematicaproducciones.com BlogLeonardo.com NexusPheromones-Blog.com playbob.net WorldsLargestLivingLogo.com fathersday2014s.com impec-france.com worldofdekaron.com