211service.com
IBM rapporterer gennembrud på kulstofnanorørtransistorer
I årtier har halvlederindustrien pakket flere og flere siliciumtransistorer på hver computerchip for at blive ved med at forbedre ydeevnen støt, men den proces vil snart nå sine fysiske grænser. Nu siger forskere hos IBM, at et stort ingeniørmæssigt gennembrud giver grund til at være optimistisk, at et lovende alternativ til siliciumtransistorer - kulstofnanorørtransistorer - vil være klar i tide til at tage siliciums plads.
Dette farvede mikrofotografi viser flere transistorer lavet af et enkelt kulstof nanorør. De gule bjælker er metalelektroder af varierende dimensioner, og den svage lodrette linje omkring en tredjedel af vejen ind fra højre side af billedet er nanorøret.
Carbon nanorør, bittesmå cylindre lavet af sammenrullede, atomtykke plader af kulstof, har meget attraktive elektriske og termiske egenskaber og kunne teoretisk danne grundlag for kredsløb, der er meget hurtigere og mere energieffektive end nutidens silicium. Men flere store produktionsudfordringer står i vejen for kommercielle enheder baseret på nanorørtransistorer. IBM-forskerne siger, at de har fandt ud af hvordan man overvinder en af dem: hvordan man kombinerer nanorør med metalkontakterne, der leverer elektrisk strøm.
Nanorørtransistorer er et lovende alternativ, fordi de ved meget små størrelser er mere effektive end siliciumtransistorer. Men tidlige demonstrationsenheder baseret på nanorør (se Den første nanorørcomputer) har haft størrelsesordener færre transistorer, end der er behov for til en kommerciel enhed, og de har brugt relativt store metalkontakter. En kommercielt levedygtig chip til en højtydende computer ville have brug for milliarder af transistorer, og kontakterne skulle være meget mindre. Det er et dilemma, for i denne skala ændres metallets elektriske egenskaber, og det er sværere at få strøm ind i transistorerne for at skifte dem. Jo mindre kontakterne bliver, jo værre bliver dette problem.
Forskerne behandlede problemet ved at ændre grænsefladen mellem et nanorør og de to metalkontakter. I stedet for at deponere dem på toppen af røret, som i det konventionelle skema til at bygge nanorørtransistorer, placerede de dem i enderne af røret og fik dem til at reagere med kulstoffet for at danne en anden kemisk forbindelse. Ved at bruge denne teknik viste gruppen, at kontakter på mindre end 10 nanometer ikke kompromitterede ydeevnen. (Dagens top-of-the-line siliciumchips har 14 nanometer funktioner.)
Succesen med den nye metode betyder, at evnen til at levere strøm til kulstof-nanorørtransistorer nu er uafhængig af længden af metalkontakterne, siger Wilfried Haensch, der leder IBM Researchs nanorørprojekt. Det er nu klart, at de kan gøre transistorerne så små som nødvendigt, siger han, og dette er et stort skridt mod virksomhedens mål om at have kulstofnanorørsteknologi klar i 2020 (se IBM: Commercial Nanotube Transistors Are Coming Soon).
Der er stadig betydelige udfordringer, erkender Haensch. Han siger, at det seneste arbejde kun overvinder en af de tre store forhindringer, der står i vejen for kommercielt levedygtige kulstof-nanorørtransistorer. En anden er, at nanorør findes i to former, metalliske og halvledende, men kun de halvledende er nyttige til transistorer. Ingeniører skal blive væsentligt bedre til at adskille metalrør fra halvledende rør. Den anden tilbageværende udfordring er at udvikle en pålidelig, ikke-litografisk måde at placere milliarder af nanorør præcis, hvor de er nødvendige på en chip.
Der er sket mange fremskridt med separationsproblemet, siger Michael Arnold , professor i materialevidenskab og teknik ved University of Wisconsin, som ikke var involveret i forskningen. Det nye resultat fra IBM repræsenterer en fantastisk strategi til at løse kontaktproblemet, siger han, selvom han påpeger, at forskerne indtil videre kun har vist, at det virker for en af de to typer transistorer, der er nødvendige for at udføre komplementære logiske funktioner. Når det kommer til at justere nanorør på chippen, er der dog en betydelig mængde arbejde, der skal gøres, hvis teknologien virkelig skal fortrænge silicium, siger Arnold.