นักวิจัยปลุกผีและอัปเกรดเทคนิคสำหรับการตรวจสอบทรานซิสเตอร์ที่ชำรุด

นักวิจัยจาก National Institute of Standards and Technology (NIST) ประเทศสหรัฐอเมริกาได้ฟื้นฟูและยกระดับเทคนิคการตรวจสอบทรานซิสเตอร์แบบดั้งเดิมอย่าง Charge Pumping ขึ้นมาใหม่อีกครั้งให้มีความเหมาะสมกับความต้องการในด้านความแม่นยำสำหรับอุปกรณ์สมัยใหม่

ทรานซิสเตอร์นั้นเป็นอุปกรณ์สำคัญที่มีการใช้งานกันอย่างแพร่หลายสำหรับสมาร์ทโฟนและคอมพิวเตอร์ และในปัจจุบันที่ส่วนประกอบทรานซิสเตอร์เหล่านี้มีขนาดเล็กลงอย่างมากแต่้องการสมรรถนะที่สูง ทำให้กรรมวิธีทดสอบที่เรียกว่า Charge Pumping ไม่อาจใช้งานได้อีกต่อไปเนื่องจากไม่อาจตรวจจับค่าที่ผิดเพี้ยนได้อย่างแม่นยำ

นักวิจัยจาก NIST สหรัฐอเมริกาได้นำเอาเทคนิควิธีดังกล่าวมาอัปเกรดใหม่ให้มีความอ่อนไหวและตอบสนองต่อการใช้งานสำหรับอุปกรณ์ยุคปัจจุบันได้อย่างแม่นยำ โดยสามารถตรวจจับความผิดพลาดเล็ก ๆ ได้ในขนาด Diameter ของไฮโดรเจนอะตอม และสามารถรระบุตำแหน่งได้ว่าอยู่ตรงไหนของทรานซิสเตอร์

นักวิจัยยังได้ใช้ความเป็นไปได้ใหม่ ๆ เพื่อตรวจจับและจัดการกับคุณสมบัติในแต่ละอิเล็กตรอนที่เรียกกันว่า Quantum Spin ซึ่งสามารถทให้จัดการการหมุนได้อย่างอิสระในแต่ละแอปพลิเคชันทั้งในการค้นคว้าวิจัยพื้นฐาน วิศวกรรมควอนตัม และการประมวลผล (Computing)

ตัวทรานซิสเตอร์นั้นทำหน้าที่เหมือนสวิตซ์ที่มีค่า 0 กับ 1 ที่จะปล่อยกระแสผ่านหรือไม่ ซึ่งความผิดปกตในทรานซิสเตอร์นั้นจะเกี่ยวข้องกับกระแสที่จะผ่านว่ามีโฟลว์ที่น่าเชื่อถือหรือไม่ รวมถึงความเสื่อมประสิทธิภาพที่เกิดจากการใช้งานอีกด้วย ความผิดปกติที่เกิดขึ้นทำให้พันธะทางเคมีในวัสดุเสื่อมสลายลงไป ซึ่งอาจเกิดมาจากความไม่บริสุทธิ์ของอะตอมที่เก็บกักอิเล็กตรอนไว้ในวัสดุด้วยเช่นกัน

การออกแบบทั่วไปอย่าง MOSFET นั้นอิเล็กโทรดโลหะที่เรียกว่าประตู (Gate) จะทำหน้าที่เป็นฉนวนบาง ๆ ที่ทำจากซิลิคอนไดออกไซด์ ใต้ชั้นฉนวนจะเป็นพื้นที่ซึ่งแบ่งชั้นฉนวนกับเนื้อหักของเซมิคอนดักเตอร์ออกจากกัน ทรานซิสเตอร์ทั่วไปนั้นกระแสจะเดินทางผ่านช่องแคบขนาดหนึ่งในพันล้านเมตรทำหน้าที่ประตูที่ควบคุมว่ากระแสจะผ่านไปได้เท่าไหร่

ซึ่งเทคนิค Charging Pump นั้นมี 2 กระบวนการในการทดสอบพัลส์ของกระแสไฟที่เกิดขึ้นกับประตูด้วยการทดสอบแรงดันบวกต่อด้วยแรงดันลบ ซึ่งวิธีแบบดั้งเดิมนั้นสลับใช้พัลส์ของกระแสไปบนย่านความถี่เดียว แต่ในงานวิจัยชิ้นใหม่นั้นเป็นกรใช้กระสบกและลบในสองคลื่นความถี่ที่ต่างกัน ทำให้เกิดผลลัพธ์กระแสที่แตกต่างกันสองชุด ด้วยการนำกระแสเอาท์พุตแยกจากกัน สัญญาณที่คงที่จากระแส Quantum Tunneling จะตกลง ในกระบวนการเหล่านี้ทำให้สามารถตรวจจับความผิดปกติที่มีขนาดเล็กน้อยอย่างมากได้นั่นเอง

ที่มา:
Nist.gov