IBM: wkrótce pojawią się komercyjne tranzystory nanorurek

Od ponad dekady inżynierowie martwią się, że kończą im się triki na dalsze zmniejszanie tranzystorów krzemowych. Najnowsze chipy Intela mają tranzystory o cechach tak małych jak 14 nanometrów, ale nie jest jasne, w jaki sposób przemysł może dalej zmniejszać tranzystory krzemowe lub co może je zastąpić.

Test chipa : Każdy chip na tym wafelku ma 10 000 tranzystorów nanorurek. IBM ma nadzieję, że wkrótce po 2020 roku będzie w stanie umieścić miliardy urządzeń na jednym chipie.

Projekt w IBM ma teraz na celu zbudowanie tranzystorów z nanorurek węglowych gotowych do zastąpienia tranzystorów krzemowych wkrótce po 2020 roku. miniaturyzacja chipów komputerowych. W tym miejscu skalowanie krzemowe wyczerpuje się i tak naprawdę nie ma nic więcej, mówi Wilfried Haensch, który kieruje projektem nanorurek w firmie T.J. Centrum badawcze Watson w Yorktown Heights w stanie Nowy Jork. Nanorurki to jedyna technologia, która wygląda na zdolną do powstrzymania postępu mocy komputera, oferując praktyczny sposób tworzenia zarówno mniejszych, jak i szybszych tranzystorów, mówi.

W 1998 roku naukowcy z IBM stworzyli jeden z pierwszych działających tranzystorów z nanorurek węglowych. A teraz, po ponad dziesięciu latach badań, IBM jest pierwszą dużą firmą, która zobowiązała się do przygotowania technologii do komercjalizacji.

Wcześniej pracowaliśmy nad tym jako czymś w rodzaju piaskownicy, mówi James Hannon , szef zespołu zespołów i urządzeń molekularnych IBM. Hannon kierował pracami IBM w zakresie nanorurek przed Haenschem, który przejął ją w 2011 roku po karierze w produkcji konwencjonalnych chipów. Wilfried dołączył do technologii krzemowej [i] nasze skupienie naprawdę się zmieniło.

Zespół Haenscha wybrał cel do komercjalizacji w oparciu o harmonogram ulepszeń technicznych, które przemysł chipowy opracował, aby utrzymać przy życiu Prawo Moore'a, prognozę pochodzącą z 1965 roku, według której liczba tranzystorów, które można upchać w obwodzie, podwaja się co dwa lata. Generacje technologii wytwarzania chipów są znane z rozmiaru najmniejszej struktury, jaką mogą zapisać w chipie. Obecny najlepszy wynik to 14 nanometrów, a do 2020 r., aby nadążyć za prawem Moore'a, branża będzie musiała zejść do pięciu nanometrów. IBM ma nadzieję, że w tym momencie mogą wkroczyć nanorurki najnowszy raport z grupy przemysłu mikrochipów ITRS twierdzi, że tak zwany węzeł pięcionanometrowy ma powstać w 2019 roku.

IBM wyprodukował ostatnio chipy z 10 000 tranzystorów nanorurek (patrz Jak zbudować komputer z nanorurek). Obecnie trwają prace nad projektem tranzystora, który można by zbudować na płytkach krzemowych stosowanych obecnie w przemyśle, przy minimalnych zmianach w istniejących metodach projektowania i produkcji. Projekt został wybrany częściowo na podstawie symulacji oceniających wydajność chipa z miliardami tranzystorów. Symulacje te sugerują, że wybrany projekt powinien pozwolić mikroprocesorowi być pięć razy szybszym niż mikroprocesor krzemowy przy tej samej mocy.

Wybrany przez IBM projekt wykorzystuje sześć nanorurek ustawionych równolegle, aby stworzyć pojedynczy tranzystor. Każda nanorurka ma szerokość 1,4 nanometra, długość około 30 nanometrów i jest oddalona od siebie o około osiem nanometrów. Oba końce sześciu rur są osadzone w elektrodach, które dostarczają prąd, pozostawiając około 10 nanometrów ich długości odsłoniętych w środku. Trzecia elektroda biegnie prostopadle pod tą częścią lamp i włącza i wyłącza tranzystor, reprezentując cyfrowe jedynki i zera.

Zespół IBM przetestował tranzystory nanorurek z tym projektem, ale jak dotąd nie znalazł sposobu na umieszczenie nanorurek wystarczająco blisko siebie, ponieważ istniejąca technologia chipowa nie może działać na taką skalę. Preferowanym rozwiązaniem jest chemiczne oznakowanie podłoża i nanorurek związkami, które mogłyby spowodować ich samoorganizację. Te związki można następnie usunąć, pozostawiając nanorurki prawidłowo ułożone i gotowe do dodania elektrod i innych obwodów w celu wykończenia chipa.

Zespół Haenscha kupuje hurtowo nanorurki od dostawców przemysłowych i odfiltrowuje rury o odpowiednich właściwościach dla tranzystorów za pomocą zmodyfikowanej wersji maszyny używanej do filtrowania cząsteczek, takich jak białka w przemyśle farmaceutycznym. Wykorzystuje ładunek elektryczny do oddzielenia nanorurek półprzewodnikowych przydatnych w tranzystorach od tych, które przewodzą prąd elektryczny, takich jak metale i nie mogą być stosowane w tranzystorach.

W zeszłym roku badacze ze Stanford stworzyli pierwszy prosty komputer zbudowany wyłącznie z tranzystorów nanorurek (patrz The First Nanotube Computer ). Ale te komponenty były nieporęczne i powolne w porównaniu do tranzystorów krzemowych, mówi Subhaszysz Mitrau , profesor, który pracował nad projektem. Teraz wiemy, że z nanorurek węglowych można zbudować coś pożytecznego – mówi. Pytanie brzmi, jak uzyskać wydajność, której potrzebujesz?

Chociaż IBM nie odkrył, jak zrobić tranzystory nanorurek wystarczająco małe do masowej produkcji, Mirta twierdzi, że poczyniła konkretne kroki i opracowała procesy, które powinny być dostępne dla przemysłu półprzewodników.

Jednak na razie wysiłki IBM w zakresie nanorurek pozostają w jej laboratoriach badawczych, a nie w jednostce biznesowej zajmującej się półprzewodnikami. A naukowcy są otwarci, że sukces nie jest gwarantowany. W szczególności, jeśli tranzystory nanorurek nie będą gotowe wkrótce po 2020 r., kiedy przemysł ich potrzebuje, okno możliwości może zostać zamknięte, mówi Hannon z IBM.

Jeśli nanorurki się nie przetrwają, niewiele więcej wskazuje na duży potencjał przezwyciężenia tranzystorów krzemowych w tym czasie. Urządzenia, które manipulują spinem poszczególnych elektronów, są najbliższym możliwym kandydatem (patrz Spintronika oparta na krzemie), ale są mniej dojrzałe i w przeciwieństwie do nanorurek węglowych nie zachowują się podobnie do tranzystorów krzemowych, mówi Hannon.

ukryć