211service.com
IBM informuje o przełomie w dziedzinie tranzystorów z nanorurek węglowych
Przez dziesięciolecia przemysł półprzewodników umieszczał coraz więcej tranzystorów krzemowych w każdym chipie komputerowym, aby stale poprawiać wydajność, ale proces ten wkrótce osiągnie swoje fizyczne granice. Teraz naukowcy z IBM twierdzą, że wielki przełom w inżynierii daje powody do optymizmu, że obiecująca alternatywa dla tranzystorów krzemowych – tranzystory z nanorurek węglowych – będzie gotowa na czas, by zająć miejsce krzemu.
Ta kolorowa fotografia przedstawia kilka tranzystorów wykonanych z pojedynczej nanorurki węglowej. Żółte słupki to metalowe elektrody o różnych wymiarach, a słaba pionowa linia mniej więcej w jednej trzeciej od prawej strony obrazu to nanorurka.
Nanorurki węglowe, maleńkie cylindry wykonane ze zwiniętych arkuszy węgla o grubości atomu, mają bardzo atrakcyjne właściwości elektryczne i termiczne i teoretycznie mogą stanowić podstawę obwodów znacznie szybszych i bardziej energooszczędnych niż dzisiejsze krzemowe. Jednak na drodze komercyjnych urządzeń opartych na tranzystorach nanorurek stoi kilka poważnych wyzwań produkcyjnych. Badacze IBM twierdzą, że: pojąć jak przezwyciężyć jeden z nich: jak połączyć nanorurki z metalowymi stykami dostarczającymi prąd elektryczny.
Tranzystory nanorurek są obiecującą alternatywą, ponieważ przy bardzo małych rozmiarach są bardziej wydajne niż krzemowe. Jednak wczesne urządzenia demonstracyjne oparte na nanorurkach (patrz: Pierwszy komputer z nanorurek) miały o rzędy wielkości mniej tranzystorów niż w przypadku urządzenia komercyjnego i wykorzystywały stosunkowo duże metalowe styki. Komercyjnie opłacalny chip dla wysokowydajnego komputera wymagałby miliardów tranzystorów, a styki musiałyby być znacznie mniejsze. To dylemat, ponieważ w tej skali właściwości elektryczne metalu zmieniają się i trudniej jest wprowadzić prąd do tranzystorów, aby je przełączyć. Im mniejsze stają się kontakty, tym gorszy staje się ten problem.
Naukowcy zajęli się tym problemem, zmieniając granicę między nanorubką a dwoma metalowymi stykami. Zamiast umieszczać je na górze rury, jak w konwencjonalnym schemacie budowy tranzystorów z nanorurek, umieścili je na końcach rury i sprawili, że reagowały z węglem, tworząc inny związek chemiczny. Korzystając z tej techniki, grupa wykazała, że styki o długości poniżej 10 nanometrów nie wpływają negatywnie na wydajność. (Dzisiejsze, najwyższej klasy chipy krzemowe mają cechy 14-nanometrowe.)
Sukces nowej metody oznacza, że możliwość dostarczania prądu do tranzystorów z nanorurek węglowych jest teraz niezależna od długości metalowych styków, mówi Wilfried Haensch, który kieruje projektem nanorurek IBM Research. Teraz jest jasne, że mogą sprawić, że tranzystory będą tak małe, jak to konieczne, mówi, a to duży krok w kierunku osiągnięcia przez firmę celu, jakim jest przygotowanie technologii nanorurek węglowych do 2020 r. (patrz IBM: Commercial Nanotube Transistors Are Coming Soon).
Haensch przyznaje, że nadal istnieją znaczne wyzwania. Twierdzi, że ostatnie prace pokonują tylko jedną z trzech głównych przeszkód, które stoją na drodze opłacalnych tranzystorów z nanorurek węglowych. Innym jest to, że nanorurki występują w dwóch postaciach, metalicznej i półprzewodnikowej, ale tylko te półprzewodnikowe są przydatne w przypadku tranzystorów. Inżynierowie muszą być znacznie lepsi w oddzielaniu rur metalowych od rur półprzewodnikowych. Drugim wyzwaniem pozostaje opracowanie niezawodnego, nielitograficznego sposobu umieszczania miliardów nanorurek dokładnie tam, gdzie są potrzebne na chipie.
Mówi się, że osiągnięto duży postęp w kwestii separacji Michała Arnolda , profesor inżynierii materiałowej i inżynierii materiałowej na Uniwersytecie Wisconsin, który nie był zaangażowany w badania. Nowy wynik IBM reprezentuje fantastyczną strategię rozwiązania problemu styków, mówi, chociaż zwraca uwagę, że naukowcy do tej pory wykazali, że działa on tylko w przypadku jednego z dwóch typów tranzystorów potrzebnych do wykonywania uzupełniających się funkcji logicznych. Arnold mówi, że jeśli chodzi o wyrównanie nanorurek na chipie, pozostaje jeszcze sporo do zrobienia, jeśli technologia ma naprawdę zastąpić krzem.