211service.com
Stanford-forskere bygger komplekse kredsløb lavet af kulstof nanorør
Forskere ved Stanford University har bygget et af de mest komplekse kredsløb fra kulstofnanorør endnu. De viste en simpel håndrystende robot med et sensor-interface-kredsløb i sidste uge på International solid-state kredsløbskonference i San Francisco.
Kulstofkompleksitet: Denne wafer er mønstret med et komplekst carbon nanorør-kredsløb, der fungerer som en sensorgrænseflade.
Efterhånden som siliciumtransistorerne inde i nutidens computere når deres fysiske grænser, kigger halvlederindustrien efter alternativer, og et af de mest lovende er kulstofnanorør. Små transistorer lavet af disse nanomaterialer er hurtigere og mere energieffektive end silicium, og computermodeller forudsiger, at kulstof nanorør-processorer kan være en størrelsesorden mindre strømkrævende. Men det har vist sig vanskeligt at omdanne individuelle transistorer til komplekse arbejdskredsløb (se Hvordan man bygger en nano-computer).
Demonstrationskredsløbet i kulstof nanorør konverterer et analogt signal fra en kondensator - den samme type sensor som findes i mange berøringsskærme - til et digitalt signal, der kan forstås af en mikroprocessor. Stanford-forskerne monterede en træmannequinhånd med den kapacitive kontakt i håndfladen. Da nogen tog fat i hånden og tændte for kontakten, sendte nanorørkredsløbet sit signal til computeren, som aktiverede en motor på robothånden, der bevægede den op og ned for at ryste personens hånd.
Andre forskere har demonstreret simple nanorørkredsløb før, men dette er det mest komplekse lavet hidtil, og det viser også, at nanorørtransistorer kan laves med høje udbytter, siger Subhasish Mitra , en lektor i elektroteknik og datalogi, som ledede arbejdet med Philip Wong , professor i elektroteknik ved Stanford.
Nanorørkredsløbet er stadig relativt langsomt - dets transistorer er store og langt fra hinanden sammenlignet med de nyeste siliciumkredsløb. Men arbejdet er en vigtig eksperimentel demonstration af potentialet ved carbon-nanorør-computerteknologi.
Dette viser, at carbon nanorør-transistorer kan integreres i logiske kredsløb, der fungerer ved lav spænding, siger Aaron Franklin , der udvikler nanorørelektronik på IBM Watson Research Center. Denne bedrift er blevet demonstreret af Franklins gruppe på enkelt-transistor-niveau og vist sig at være teoretisk mulig af andre, men det er vigtigt at se det i et komplekst kredsløb, siger Franklin.
At arbejde med kulstofnanorør giver mange udfordringer - så mange som 30 procent af dem er metalliske snarere end halvledende med potentiale til at brænde et kredsløb ud. Nanorør har også en tendens til at vokse i et spaghetti-lignende virvar, hvilket kan få kredsløb til at skifte uforudsigeligt. Den tilgang, som Stanford-gruppen har valgt, er at arbejde med deres ufuldkommenheder og komme med fejltolerante kredsløbsdesignteknikker, der giver dem mulighed for at bygge kredsløb, der fungerer, selv når udgangsmaterialerne er defekte. Vi vil bygge kredsløbskompleksiteten op, så gå tilbage til at forbedre byggemetoderne og derefter lave mere komplekse kredsløb, siger Wong.
Dette er ikke anderledes end de tidlige dage i silicium, siger Ashraf Alam , professor i el- og computerteknik ved Purdue University. Sammenlignet med elektronikken i nutidens siliciumbaserede smartphones og supercomputere var de første siliciumtransistorer af dårlig kvalitet, ligesom de første integrerede kredsløb. Men silicium kom igennem sine vokseværk, og halvlederindustrien perfektionerede at bygge stadig tættere arrays af integrerede kredsløb bestående af stadigt mindre transistorer.
Variation og ufuldkommenhed vil være den luft, vi indånder i halvlederteknologi, siger Wong, ikke kun for dem, der arbejder med nye materialer, men også for konventionel siliciumteknologi. Dagens state-of-the-art chips bruger 22-nanometer transistorer – milliarder på hver chip – og der er meget lidt variation i deres ydeevne; halvlederindustrien har mestret at lave disse små enheder i enormt omfang og med meget høje udbytter.
Driften til løbende at miniaturisere transistorer og samtidig opretholde en omhyggelig kvalitetskontrol har muliggjort teknologier lige fra smartphones og supercomputere. Men uundgåelige fejl, på niveau med enkelte atomer, vil snart føre til variation i ydeevne, der skal tages højde for i kredsløbsdesign. Fejltolerant design skal være en del af vejen frem, for vi får aldrig materialerne helt perfekte, siger Wong.