211service.com
Naukowcy ze Stanford budują złożone obwody z nanorurek węglowych
Naukowcy ze Stanford University zbudowali jeden z najbardziej złożonych obwodów z nanorurek węglowych. W zeszłym tygodniu pokazali prostego robota z drżeniem dłoni z obwodem interfejsu czujnika Międzynarodowa konferencja dotycząca obwodów półprzewodnikowych w San Francisco.
Złożoność węgla: Ten wafel jest wzorowany na złożonym obwodzie nanorurek węglowych, który służy jako interfejs czujnika.
Ponieważ tranzystory krzemowe w dzisiejszych komputerach osiągają swoje fizyczne granice, przemysł półprzewodników szuka alternatyw, a jedną z najbardziej obiecujących są nanorurki węglowe. Maleńkie tranzystory wykonane z tych nanomateriałów są szybsze i bardziej energooszczędne niż krzemowe, a modele komputerowe przewidują, że procesory z nanorurek węglowych mogą być o rząd wielkości mniej energochłonne. Ale okazało się, że trudno jest przekształcić poszczególne tranzystory w złożone działające obwody (patrz Jak zbudować nanokomputer ).
Demonstracyjny obwód nanorurek węglowych przekształca sygnał analogowy z kondensatora — tego samego typu czujnika, który można znaleźć w wielu ekranach dotykowych — na sygnał cyfrowy, który jest zrozumiały dla mikroprocesora. Naukowcy ze Stanford sfałszowali drewnianą rękę manekina z przełącznikiem pojemnościowym w dłoni. Kiedy ktoś chwycił rękę, włączając przełącznik, obwód nanorurki wysłał sygnał do komputera, który uruchomił silnik w dłoni robota, poruszając nim w górę iw dół, aby potrząsnąć ręką osoby.
Inni badacze już wcześniej demonstrowali proste obwody z nanorurek, ale jest to najbardziej złożone dotychczas wykonane, a także pokazuje, że tranzystory z nanorurek można wytwarzać z dużą wydajnością, mówi. Subhaszysz Mitrau , profesor nadzwyczajny elektrotechniki i informatyki, który kierował pracami z Philip Wong , profesor elektrotechniki na Stanford.
Obwód nanorurek jest nadal stosunkowo powolny — jego tranzystory są duże i oddalone od siebie w porównaniu z najnowszymi obwodami krzemowymi. Jednak praca ta jest ważną eksperymentalną demonstracją potencjału technologii obliczeniowej nanorurek węglowych.
Pokazuje to, że tranzystory z nanorurek węglowych można zintegrować z obwodami logicznymi, które działają przy niskim napięciu, mówi Aaron Franklin , który opracowuje elektronikę nanorurek w IBM Watson Research Center. Ten wyczyn został zademonstrowany przez grupę Franklina na poziomie pojedynczego tranzystora i inni wykazali, że jest teoretycznie możliwy, ale ważne jest zobaczenie go w złożonym obwodzie, mówi Franklin.
Praca z nanorurek węglowych wiąże się z wieloma wyzwaniami — aż 30 procent z nich to metal, a nie półprzewodniki, co może spowodować przepalenie obwodu. Nanorurki mają również tendencję do wzrostu w plątaninie przypominającej spaghetti, co może powodować nieprzewidywalne przełączanie obwodów. Podejście przyjęte przez grupę ze Stanford polega na pracy z ich niedoskonałościami, wymyślaniu technik projektowania obwodów odpornych na błędy, które pozwalają im budować obwody, które działają nawet wtedy, gdy materiały wyjściowe są wadliwe. „Chcemy zwiększyć złożoność obwodów, a następnie wrócić do ulepszania metod budowania, a następnie tworzyć bardziej złożone obwody”, mówi Wong.
Nie różni się to od wczesnych dni w krzemie, mówi Aszraf Alam , profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej na Purdue University. W porównaniu z elektroniką w dzisiejszych smartfonach i superkomputerach opartych na krzemie, pierwsze tranzystory krzemowe były słabej jakości, podobnie jak pierwsze układy scalone. Ale krzem przeszedł przez swoje rosnące bóle, a przemysł półprzewodników udoskonalił budowanie coraz gęstszych macierzy układów scalonych składających się z coraz mniejszych tranzystorów.
Zmienność i niedoskonałość będą powietrzem, którym oddychamy w technologii półprzewodnikowej, mówi Wong, nie tylko dla tych, którzy pracują z nowymi materiałami, ale także dla konwencjonalnej technologii krzemowej. Dzisiejsze najnowocześniejsze układy scalone wykorzystują 22-nanometrowe tranzystory — miliardy na każdym układzie — i ich wydajność jest bardzo niewielka; przemysł półprzewodników opanował wytwarzanie tych maleńkich urządzeń na olbrzymią skalę iz bardzo dużą wydajnością.
Dążenie do ciągłej miniaturyzacji tranzystorów przy jednoczesnym zachowaniu skrupulatnej kontroli jakości umożliwiło rozwój technologii, od smartfonów po superkomputery. Jednak nieuniknione wady na poziomie pojedynczych atomów wkrótce doprowadzą do zmian w wydajności, które trzeba będzie uwzględnić w projektowaniu obwodów. Projekt odporny na błędy musi być częścią drogi naprzód, ponieważ nigdy nie uzyskamy perfekcyjnych materiałów, mówi Wong.