211service.com
Złożone układy scalone wykonane z nanorurek węglowych
Pierwsze trójwymiarowe obwody z nanorurek węglowych, wykonane przez naukowców z Uniwersytetu Stanforda, mogą być ważnym krokiem w tworzeniu komputerów z nanorurek, które mogłyby być szybsze i zużywać mniej energii niż dzisiejsze chipy krzemowe. Do takiego komputera brakuje jeszcze co najmniej 10 lat, ale prace Stanforda pokazują, że możliwe jest wykonanie układów scalonych przy użyciu nanorurek węglowych. Obwody spiętrzone zagęszczają większą moc obliczeniową w danym obszarze, a także lepiej odprowadzają ciepło odpadowe.
Obwód węglowy: Ten układ węglowo-nanorurkowy, będący elementem pamięci, jest jednym z wielu możliwych projektów, które można wykonać nowymi metodami.
Niedawne badanie IBM wykazało, że przy danym całkowitym zużyciu energii obwód wykonany z nanorurek węglowych jest pięć razy szybszy niż obwód krzemowy. Możemy robić coraz mniejsze tranzystory krzemowe, ale przy ekstremalnie małych wymiarach nie wykazują już pożądanej wydajności, mówi Zhihong Chen, kierownik ds. technologii węglowej w Centrum badawcze IBM Watson . Poszukujemy alternatywnych materiałów, które można skalować bardziej agresywnie, ale nadal zachowują wydajność urządzenia.
Naukowcy odnieśli wielki sukces w tworzeniu pojedynczych tranzystorów z nanorurek w laboratorium, ale skalowanie ich w celu tworzenia złożonych obwodów było trudne, ponieważ nie można kontrolować jakości każdej pojedynczej nanorurki. Projekty obwodów Stanford, które zostały zaprezentowane w zeszłym tygodniu na Międzynarodowe Spotkanie Urządzeń Elektronowych w Baltimore umożliwiają tworzenie bardziej złożonych obwodów nanorurek pomimo ograniczeń materiału.
Kiedy mamy do czynienia z dużą liczbą komponentów w nanoskali, nie możemy wymagać od wszystkiego, aby wszystko było idealne, mówi H.-S. Philip Wong , profesor elektrotechniki na Stanford. Kiedy naukowcy ze Stanford hodują macierze nanorurek do tworzenia obwodów, uzyskują mieszankę nanorurek półprzewodnikowych i nanorurek metalicznych, które spowodują zwarcia elektryczne, jeśli nie zostaną wyeliminowane. Niektóre nanorurki rosną w liniach prostych, ale niektóre są kręte i te również trzeba obejść. Podczas gdy chemicy pracują nad metodami uprawy prostych, czystych nanorurek, pytanie naukowców ze Stanford, jak mówi Wong, brzmi: jak to złagodzić i upewnić się, że system nadal działa?
Odpowiedzią jest uwzględnienie ograniczeń materiałowych w projektach obwodów. Musimy znaleźć sposób na budowanie z metalowych nanorurek, aby nie sprawiały kłopotów, mówi Subhaszysz Mitrau , profesor elektrotechniki i informatyki na Stanford. Grupa ze Stanford najpierw tworzy coś, co Mitra nazywa głupim układem. Za pomocą stempla naukowcy przenoszą płasko leżący, wyrównany układ nanorurek węglowych wyhodowanych na podłożu kwarcowym na płytkę krzemową. Następnie pokrywają nanorurki metalowymi elektrodami. Na powierzchni płytki, pomiędzy krzemem a nanorurek, znajduje się warstwa izolacyjna, która działa jak tylna bramka, umożliwiając naukowcom wyłączenie półprzewodnikowych nanorurek przed użyciem metalowych elektrod do wypalenia metalicznych nanorurek podmuchem elektryczności . Dodano górną bramkę, która jest ukształtowana w taki sposób, że nie łączy się z żadnymi źle ustawionymi rurami. Obwody są następnie wytrawiane, aby usunąć metalowe elektrody, które nie są potrzebne do ostatecznego projektu obwodu.
Aby stworzyć trójwymiarowy obwód, naukowcy po prostu powtarzają procedury tłoczenia i wzrostu elektrody, aby ułożyć tyle warstw, ile potrzeba przed ostatecznym procesem trawienia. Proces tłoczenia nanorurek, który grupa ze Stanford po raz pierwszy zademonstrowała w zeszłym roku, jest kluczem do tworzenia warstw ułożonych w stos, ponieważ można go wykonać w niskich temperaturach, które nie topią metalowych styków elektrycznych w warstwach leżących poniżej.
Podczas gdy naukowcy zajmujący się materiałami wciąż pracują nad hodowlą partii nanorurek węglowych, z których każda jest półprzewodnikiem, grupa ze Stanford pracuje nad tym problemem. Zamiast wypalać jedną lampę na raz, robią to na poziomie obwodu, a następnie mądrze projektują obwody, aby ominąć wypalone lampy, mówi Chen z IBM.
Zademonstrowali małe, proste obwody, takie jak to, co zrobiono w połowie lat 60. z krzemem, mówi Szekhar Borkar , stypendysta Intela i dyrektor laboratorium technologii mikroprocesorowej firmy. Grupa Stanford stworzyła na przykład prosty kalkulator, który może dodawać i przechowywać liczby.
Grupa Stanford pracuje obecnie nad coraz bardziej złożonymi układami scalonymi. Jeśli chodzi o złożoność, nanorurki węglowe nie mają zasadniczo żadnej bariery, mówi Mitra. Pozostają jednak bariery materiałowe. Macierze nanorurek Stanford są jednymi z najgęstszych, jakie kiedykolwiek wyprodukowano, z 5 do 10 nanorurek na mikrometr, ale to nie wystarczy. Potrzebujemy 100 nanorurek na mikrometr, aby uzyskać naprawdę dobrą wydajność, mówi Wong.