211service.com
De mindste nanorørtransistorer nogensinde overgår silicium
Den mindste kulstof-nanorør-transistor, der nogensinde er lavet, en enhed på ni nanometer, yder bedre end nogen anden transistor har i denne størrelse.
Nano gate: En konceptuel illustration viser et nanorør placeret mellem kilden og afløbet af en transistor.
I over et årti har forskere lovet, at kulstofnanorør med deres overlegne elektriske egenskaber ville skabe bedre transistorer i stadigt mindre størrelser, men den påstand var ikke blevet testet i laboratoriet ved disse yderpunkter. Forskere ved IBM, der lavede nanorørtransistorerne, siger, at dette er det første eksperimentelle bevis på, at ethvert materiale er en levedygtig potentiel erstatning for silicium i en størrelse mindre end 10 nanometer.
Resultaterne fremhæver virkelig værdien af nanorør i den mest sofistikerede type transistorer, siger John Rogers , professor i materialevidenskab ved University of Illinois i Urbana-Champaign. De antyder meget tydeligt, at nanorør har potentialet til at gøre noget virkelig konkurrencedygtigt med eller komplementært til silicium.
Krympningen af siliciumtransistorer gennem de seneste årtier har reduceret omkostningerne ved elektronik og ført til mere processorkraft med mindre energiforbrug. Men nedskæringen af siliciumelektronik kan ramme en vejspærring på omkring 10 nanometer, siger Aaron Franklin , en forsker ved IBM Watson Research Center i Yorktown Heights, New York. Vi er nu ved at nå de fysiske grænser, siger han. Da transistorer gøres mindre, bliver det sværere at kontrollere, hvordan elektroner bevæger sig gennem siliciumkanalen for at tænde og slukke for transistoren. Stillet over for denne uregerlige, strømdrænende adfærd annoncerede Intel sidste år, at de ville skifte til et nyt, tredimensionelt transistordesign til sin 22-nanometer generation af chips. Andre virksomheder arbejder på såkaldte ultratynde kropstransistorer. Uanset hvordan det er formet, er silicium silicium, og at håndtere det i ekstremt små størrelser giver problemer selv i disse nye transistordesigns.
Mange materialer er blevet hypet som en potentiel erstatning for silicium, herunder kulstof nanorør. Det materiale og andre har vist lovende i større transistorer, men indtil nu havde ingen demonstreret en kulstof-nanorør-transistor mindre end 10 nanometer. Hvis nanorør ikke kan gå meget længere end silicium, så er det spild af tid at arbejde på dem, siger Franklin. Vi har lavet nanorørtransistorer i aggressivt skalerede dimensioner og vist, at de er enormt bedre end de bedste siliciumenheder.
For at teste, hvordan størrelsen af en nanorørtransistor påvirkede dens ydeevne, lavede Franklins gruppe flere transistorer af forskellige størrelser langs et enkelt nanorør. Dette gjorde dem i stand til at kontrollere for eventuelle variationer, der måtte forekomme fra nanorør til nanorør. Først skulle de lægge et meget tyndt lag isoleringsmateriale ned, som nanorøret kunne sidde på. Og de udviklede en to-trins proces til at tilføje elektriske porte til nanorøret uden at beskadige det. Disse teknikker er på ingen måde klar til fremstilling, men de gjorde det muligt for IBM-gruppen at lave de første nanorørenheder mindre end 10 nanometer til at teste i laboratoriet. Arbejdet er beskrevet online i journalen Nano bogstaver .
IBM-gruppen demonstrerede, at dens ni-nanometer nanorørtransistor havde meget lavere strømforbrug end andre transistorer af samme størrelse. Og den kan bære mere strøm end sammenlignelige siliciumenheder, hvilket betyder et bedre signal.
Der er stadig flere store tekniske problemer, siger Franklin. For det første skal forskere finde på bedre metoder til at lave rene partier af halvledende nanorør - metalliske rør i blandingen vil kortslutte integrerede kredsløb. For det andet skal de finde på en måde at placere et stort antal nanorør på en overflade med perfekt justering.