Kunne kulstof nanorør erstatte silicium i computere?

Kendetegnet for fremskridt i elektronikindustrien har været evnen til at presse flere og flere transistorer på computerchips. Men efterhånden som spånerne er blevet tættere, er det blevet sværere at lave deres mindste funktioner med den traditionelle metode, fotolitografi, hvor lys bruges til at ætse mønstre. I 2020 kunne de mindste funktioner på chips være så små som fem nanometer, ned fra 14 nanometer i dag. Derfor har ideen om at erstatte silicium med nanorør, små cylindre af kulstofatomer, været tiltalende siden 1990'erne. Disse rør er mindre end en nanometer brede, hvilket betyder, at de kan pakkes meget tæt på chips. Og fordi de har lav elektrisk modstand, kunne computere baseret på dem yde bedre og kræve mindre energi. Det har været svært at opskalere materialet til at erstatte de milliarder af transistorer i nutidens elektronik, hvilket kræver justering og afstand mellem nanorørene på en meget specifik måde. Men flere laboratorier og virksomheder tror stadig, at nanorør-baserede chips vil blive kommercialiseret en dag. Her er en opdatering om deres fremskridt.

En gengivelse af strukturen af ​​et kulstof nanorør.

Opskalering af strukturer

Et forskerhold ledet af Stanford-professorerne Subhasish Mitra og H.-S. Philip Wong dukkede ind Natur i 2013, at de havde skabt den første computer, hvis transistorer var lavet fuldstændigt af kulstofnanorør (se The First Carbon Nanotube Computer). Siden da har disse professorer foretaget nogle forbedringer for at øge ydeevnen. De omfatter det, Wong kalder en højhus chip af to stablede lag af hukommelse indkapslet mellem to transistorer, som forskerne viste på et møde i Institute of Electrical and Electronics Engineers i december sidste år. Forskerne har også en ny metode til fremstilling af chipsene, hvilket giver en tæthed og tænd-sluk-omskiftningshastighed, der gør dem lige så gode som silicium.

I en nylig ACS Nano paper, demonstrerede et hold ved University of Wisconsin, Madison, ledet af Michael Arnold og Padma Gopalan en metode til fremstilling af højtydende kulstof-nanorør-arrays, et langvarigt mål for forskere. Holdet lavede et tyndt lag nanorør i vand. Da forskerne trak et substrat op af vandet, fik overfladespænding og fordampning nanorørene til at justere på substratet.

IBM håber, at kulstof-nanorør kan bruges i kommercielle transistorer i 2020. For at gøre det praktisk, skal flere problemer løses. Den ene er, at virksomheder får brug for en måde at opdage meget små ændringer i nanorørs egenskaber. George Tulevski, et medlem af IBMs kulstof nanorør-team, gennemgik for nylig udfordringerne i ACS Nano .

Hukommelse

En anvendelse af kulstof nanorør, der måske er tættere på at blive realiseret, kunne være at kombinere dem med siliciumtransistorer i hukommelseschips. En virksomhed i Massachusetts, kaldet Nantero, har været i gang med dette siden 2001. Virksomheden siger, at den allerede har flyttet sin teknologi ud af laboratoriet og testet den i chipfremstillingsfaciliteter. Før nanorørhukommelse kunne bruges i kommercielle enheder som telefoner eller wearables, skulle virksomheder designe nye kredsløb til det. Det er uklart, hvornår det kan ske, men Nanteros administrerende direktør og medstifter Greg Schmergel siger, at arbejdet er i gang og vurderer, at nogle kredsløbsdesign kan være færdige næste år. Sidste år rapporterede virksomheden, at Chuo University i Japan havde testet teknologien og fandt den meget pålidelig.

Takeaway:

IBM mener, at teknologien kan være moden nok til at flytte til en mikroprocessorfabrik inden for få år. Dette ville føre til et par års udviklingsarbejde, som ville involvere test af mere avancerede kredsløb. Derefter kunne produktet kommercialiseres.

Har du et stort spørgsmål? Send forslag til [email protected].

skjule