در حرکت بی‌وقفه فناوری، تراشه‌های سیلیکونی برای بیش از نیم قرن سنگ‌بنای پیشرفت بوده و از گوشی‌های موبایل گرفته تا هوش مصنوعی پیشرفته را قدرت بخشیده است. با این حال، با نزدیک شدن سیلیکون به مرزهای فیزیکی و فناورانه خود، ماده‌ای نوآورانه آماده است جایگزین آن شود: الماس. آدام خان، بنیان‌گذار و مدیرعامل شرکت دایاموند کوانتا (Diamond Quanta)، پیشگام این انقلاب درخشان است. با استفاده از الماس‌های تولید شده در آزمایشگاه، خان به دنبال بازتعریف آینده نیمه‌هادی‌ها است.
نگاهی به دایاموند کوانتا
آدام خان، فیزیکدان و مهندس برق با بیش از ۱۵ سال تجربه در فناوری الماس، شرکت دایاموند کوانتا را در سال ۲۰۲۳ تأسیس کرد. این دومین تلاش او در این حوزه است که بر پایه تجربیات کسب‌شده از شرکت قبلی خود، Akhan Semiconductor، بنا شده است. Akhan در زمینه اپتیک و پوشش‌های الماس پیشگام بود.
Diamond Quanta بر حل یک چالش کلیدی در نیمه‌هادی‌های الماسی تمرکز دارد: افزودن ناخالصی‌ها (دوپینگ) به ساختار الماس برای کنترل خواص الکتریکی آن. با بهبود روش‌های انتقال بار و دوپینگ مشترک، این شرکت پیشرفت‌های قابل توجهی داشته و راه را برای عصر جدیدی در محاسبات باز کرده است.
از سیلیکون تا الماس: موج بعدی نیمه‌هادی‌ها
تکامل نیمه‌هادی‌ها به موج‌های مشخصی تقسیم می‌شود. موج اول ژرمانیوم بود که گذار از لامپ‌های خلأ به ترانزیستورها را رقم زد. مشکلات ژرمانیوم، به ویژه حساسیت به گرما، منجر به پذیرش سیلیکون شد، ماده‌ای که پیشرفت‌های نمایی توصیف شده توسط قانون مور را ممکن کرد.
اکنون سیلیکون با محدودیت‌های خود روبرو است؛ از جمله چالش‌های کوچک‌سازی و دفع گرما که مانع پیشرفت بیشتر می‌شود. در این میان، الماس با هدایت حرارتی بی‌نظیر و حرکت الکترون سریع به میدان آمده است. برخلاف الماس طبیعی، این نیمه‌هادی‌ها در آزمایشگاه‌ها با استفاده از گاز متان ساخته می‌شوند. خان توضیح می‌دهد: «الماس مسیری برای ادامه میراث سیلیکون ارائه می‌دهد، در حالی که عملکرد را به طور چشمگیری بهبود می‌بخشد.»
چرا الماس در نیمه‌هادی کاربردی است؟
راز کار در ساختار اتمی الماس نهفته است؛ قوی‌ترین پیوند شناخته‌شده در طبیعت، یعنی پیوند کووالانسی. این آرایش متراکم به ارتعاشات در شبکه بلوری (فونون‌ها) اجازه می‌دهد که گرما را به شکلی بی‌نظیر انتقال دهند. با هدایت حرارتی ۲۰ برابر بیشتر از سیلیکون، الماس به طور منحصر به فردی برای کاربردهای دمای بالا و عملکرد بالا مناسب است.
نیمه‌هادی‌های الماسی می‌توانند بالاترین فرکانس‌ها، سریع‌ترین سرعت‌های سوئیچینگ و بیشترین هدایت توان را در مقایسه با هر ماده دیگری مدیریت کنند. این ویژگی‌ها آن‌ها را برای صنایعی مانند وسایل نقلیه الکتریکی و مراکز داده که مدیریت گرما و بهره‌وری انرژی حیاتی است، ایده‌آل می‌سازد.
غلبه بر موانع
با وجود این وعده، فناوری نیمه‌هادی‌های الماسی با چالش‌های بزرگی، به ویژه در زمینه دوپینگ و آلایش، مواجه بوده است. خان می‌گوید: «چالش این است که الماس را رسانا کنیم، بدون آن که ساختار آن خراب شود یا به گرافیت تبدیل شود.» با این حال، نوآوری‌های دایاموند کوانتا در انتقال بار این مانع را برطرف کرده و نیمه‌هادی‌های الماسی عملی را به واقعیت تبدیل کرده است.
آینده‌ای فراتر از سیلیکون
کاربردهای بالقوه برای نیمه‌هادی‌های الماسی گسترده است. در کوتاه‌مدت، تمرکز بر نیمه‌هادی‌های قدرت برای صنایعی مانند خودروسازی و هوافضا است. به عنوان مثال، وسایل نقلیه الکتریکی می‌توانند از توانایی الماس برای عملکرد در دماهای بالای ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد بدون کاهش کارایی بهره‌مند شوند، که باعث حذف سیستم‌های خنک‌کننده سنگین می‌شود.
در طول یک دهه آینده، خان پیش‌بینی می‌کند که الماس به بخش جدایی‌ناپذیری از پردازنده‌های گرافیکی با کارایی بالا، برنامه‌های منطقی و لوازم الکترونیکی مصرفی تبدیل خواهد شد. با کاهش چشمگیر هزینه تولید الماس‌های آزمایشگاهی به سطح قابل مقایسه با سیلیکون کاربید و نیترید گالیوم، الماس به عنوان یک جایگزین مناسب برای فناوری‌های موجود مطرح می‌شود.
نقش الماس در محاسبات کوانتومی
فراتر از محاسبات سنتی، الماس نقش مهمی در حوزه در حال رشد محاسبات کوانتومی ایفا می‌کند. مراکز خالی نیتروژن (NV) در داخل الماس کیوبیت‌هایی ایجاد می‌کنند که زمان‌های همدوسی بسیار طولانی دارند، عاملی کلیدی در حفظ حالت‌های کوانتومی. خان خاطرنشان می‌کند که تقریباً ۴۰ درصد از سیستم‌های کوانتومی کنونی از الماس به عنوان یک پلتفرم استفاده می‌کنند. تکنیک‌های دوپینگ مشترک دایاموند کوانتا این قابلیت را بیشتر تقویت می‌کند و امکان ایجاد سیستم‌های کوانتومی قوی‌تر را فراهم می‌آورد.
خان پیش‌بینی می‌کند که در ۱۰ سال آینده، استفاده از الماس رایج خواهد شد و پیشرفت‌هایی را در همه چیز از وسایل نقلیه الکتریکی تا لوازم الکترونیکی مصرفی هدایت خواهد کرد. او می‌گوید: «خواص برتر الماس آن را به طور اجتناب‌ناپذیر به عنوان موج بعدی فناوری نیمه‌هادی‌ها تبدیل می‌کند.»
در حالی که دایاموند کوانتا پیشگام این مسیر است، ایده غیرقابل تصور رایانه‌های مبتنی بر الماس به سرعت به واقعیت تبدیل می‌شود. این ماده خارق‌العاده نه تنها وعده ادامه انقلاب فناوری آغاز شده با سیلیکون را می‌دهد، بلکه آن را با نیرویی درخشان تسریع می‌کند و عصر جدیدی برای جهان دیجیتال به ارمغان می‌آورد.
