Najmniejsze w historii tranzystory nanorurek przewyższają krzem

Najmniejszy tranzystor z nanorurek węglowych, jaki kiedykolwiek wyprodukowano, urządzenie 9-nanometrowe, działa lepiej niż jakikolwiek inny tranzystor o tej wielkości.

Bramka nano: Koncepcyjna ilustracja przedstawia nanorurki umieszczone między źródłem a drenem tranzystora.

Przez ponad dekadę naukowcy obiecywali, że nanorurki węglowe, dzięki swoim lepszym właściwościom elektrycznym, będą tworzyć lepsze tranzystory o coraz mniejszych rozmiarach, ale to twierdzenie nie zostało przetestowane w laboratorium w tak ekstremalnych warunkach. Naukowcy z IBM, którzy wyprodukowali tranzystory z nanorurek, twierdzą, że jest to pierwszy eksperymentalny dowód na to, że jakikolwiek materiał jest realnym potencjalnym zamiennikiem krzemu o rozmiarze mniejszym niż 10 nanometrów.

Wyniki naprawdę podkreślają wartość nanorurek w najbardziej wyrafinowanym typie tranzystorów, mówi John Rogers , profesor materiałoznawstwa na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign. Sugerują bardzo wyraźnie, że nanorurki mają potencjał, by zrobić coś naprawdę konkurencyjnego lub uzupełniającego krzem.

Kurczenie się tranzystorów krzemowych w ciągu ostatnich kilku dekad obniżyło koszty elektroniki i doprowadziło do większej mocy obliczeniowej przy mniejszym zużyciu energii. Ale zmniejszenie rozmiarów elektroniki krzemowej może uderzyć w przeszkodę przy około 10 nanometrach, mówi Aaron Franklin , naukowiec z IBM Watson Research Center w Yorktown Heights w stanie Nowy Jork. Dochodzimy teraz do fizycznych granic, mówi. Ponieważ tranzystory są mniejsze, trudniej jest kontrolować ruch elektronów przez kanał krzemowy w celu włączania i wyłączania tranzystora. W obliczu tego niesfornego, pochłaniającego energię zachowania, Intel ogłosił w zeszłym roku, że w 22-nanometrowej generacji chipów przejdzie na nowy, trójwymiarowy projekt tranzystora. Inne firmy pracują nad tak zwanymi ultracienkimi tranzystorami korpusowymi. Niezależnie od kształtu, krzem jest krzemem i radzenie sobie z nim w ekstremalnie małych rozmiarach stwarza problemy nawet w przypadku tych nowych konstrukcji tranzystorów.

Wiele materiałów jest reklamowanych jako potencjalny zamiennik krzemu, w tym nanorurki węglowe. Ten materiał i inne okazały się obiecujące w przypadku większych tranzystorów, ale do tej pory nikt nie zademonstrował tranzystora z nanorurek węglowych mniejszych niż 10 nanometrów. Jeśli nanorurki nie mogą zajść znacznie dalej niż krzem, to praca nad nimi to strata czasu, mówi Franklin. Stworzyliśmy tranzystory z nanorurek o agresywnie skalowanych wymiarach i pokazaliśmy, że są one ogromnie lepsze niż najlepsze urządzenia krzemowe.

Aby sprawdzić, jak rozmiar tranzystora nanorurek wpływa na jego wydajność, grupa Franklina wykonała wiele tranzystorów o różnych rozmiarach wzdłuż jednej nanorurki. Umożliwiło im to kontrolowanie wszelkich zmian, jakie mogą wystąpić od nanorurki do nanorurki. Najpierw musieli położyć bardzo cienką warstwę materiału izolacyjnego, na którym miała usiąść nanorurka. Opracowali dwuetapowy proces dodawania bramek elektrycznych do nanorurki bez jej uszkadzania. Techniki te w żadnym wypadku nie są gotowe do produkcji, ale umożliwiły grupie IBM stworzenie pierwszych urządzeń z nanorurek mniejszych niż 10 nanometrów do przetestowania w laboratorium. Praca jest opisana online w czasopiśmie Litery nano .

Grupa IBM wykazała, że ​​jej dziewięcio-nanometrowy tranzystor z nanorurek ma znacznie mniejsze zużycie energii niż inne tranzystory tej samej wielkości. I może przenosić więcej prądu niż porównywalne urządzenia krzemowe, co oznacza lepszy sygnał.

Pozostało kilka poważnych problemów inżynieryjnych, mówi Franklin. Po pierwsze, naukowcy muszą wymyślić lepsze metody wytwarzania czystych partii nanorurek półprzewodnikowych — metalowe rurki w mieszance spowodują zwarcie obwodów scalonych. Po drugie, muszą wymyślić sposób na umieszczenie dużej liczby nanorurek na idealnie wyrównanej powierzchni.

ukryć