211service.com
De minsta nanorörstransistorerna någonsin överträffar kisel
Den minsta kol-nanorörtransistor som någonsin tillverkats, en nio nanometer enhet, presterar bättre än någon annan transistor har i denna storlek.
Nano gate: En konceptuell illustration visar ett nanorör placerat mellan emittern och avloppet på en transistor.
I över ett decennium har forskare lovat att kolnanorör, med sina överlägsna elektriska egenskaper, skulle ge bättre transistorer i allt mindre storlekar, men det påståendet hade inte testats i labbet vid dessa ytterligheter. Forskare vid IBM som tillverkade nanorörstransistorerna säger att detta är det första experimentella beviset på att något material är en livskraftig potentiell ersättning för kisel vid en storlek mindre än 10 nanometer.
Resultaten belyser verkligen värdet av nanorör i den mest sofistikerade typen av transistorer, säger John Rogers , professor i materialvetenskap vid University of Illinois i Urbana-Champaign. De antyder, mycket tydligt, att nanorör har potential att göra något som verkligen är konkurrenskraftigt med eller kompletterar kisel.
Krympningen av kiseltransistorer under de senaste decennierna har minskat kostnaderna för elektronik och lett till mer processorkraft med mindre energiförbrukning. Men neddragningen av kiselelektronik kan träffa en vägspärr på cirka 10 nanometer, säger Aaron Franklin , en forskare vid IBM Watson Research Center i Yorktown Heights, New York. Vi når nu fysiska gränser, säger han. Eftersom transistorer görs mindre blir det svårare att kontrollera hur elektroner rör sig genom kiselkanalen för att slå på och av transistorn. Inför detta oregerliga, strömtömmande beteende meddelade Intel förra året att de skulle byta till en ny, tredimensionell transistordesign för sin 22-nanometers generation chips. Andra företag arbetar med så kallade ultratunna kroppstransistorer. Oavsett hur det är format är kisel kisel, och att hantera det i extremt små storlekar ger problem även i dessa nya transistordesigner.
Många material har hypats som en potentiell ersättning för kisel, inklusive kolnanorör. Det materialet och andra har visat sig lovande i större transistorer, men hittills har ingen visat en kol-nanorörtransistor som är mindre än 10 nanometer. Om nanorör inte kan gå mycket längre än kisel, är det ett slöseri med tid att arbeta med dem, säger Franklin. Vi har gjort nanorörstransistorer med aggressivt skalade dimensioner och visat att de är oerhört bättre än de bästa kiselenheterna.
För att testa hur storleken på en nanorörstransistor påverkade dess prestanda, gjorde Franklins grupp flera transistorer av olika storlekar längs ett enda nanorör. Detta gjorde det möjligt för dem att kontrollera för alla variationer som kan uppstå från nanorör till nanorör. Först fick de lägga ner ett mycket tunt lager av isoleringsmaterial för nanoröret att sitta på. Och de utvecklade en tvåstegsprocess för att lägga till elektriska grindar till nanoröret utan att skada det. Dessa tekniker är inte på något sätt redo för tillverkning, men de gjorde det möjligt för IBM-gruppen att göra de första nanorörsenheterna mindre än 10 nanometer att testa i labbet. Arbetet beskrivs online i tidskriften Nanobokstäver .
IBM-gruppen visade att dess nio nanometer nanorörstransistor hade mycket lägre strömförbrukning än andra transistorer av samma storlek. Och den kan bära mer ström än jämförbara silikonenheter, vilket innebär en bättre signal.
Flera stora ingenjörsproblem kvarstår, säger Franklin. Först måste forskare komma på bättre metoder för att göra rena partier av halvledande nanorör – metallrör i blandningen kommer att kortsluta integrerade kretsar. För det andra måste de komma på ett sätt att placera ett stort antal nanorör på en yta med perfekt inriktning.