211service.com
IBM rapporterar genombrott för kolnanorörstransistorer
I decennier har halvledarindustrin packat fler och fler kiseltransistorer på varje datorchip för att kontinuerligt förbättra prestandan, men den processen kommer snart att nå sina fysiska gränser. Nu säger forskare vid IBM att ett stort ingenjörsgenombrott ger anledning att vara optimistisk att ett lovande alternativ till kiseltransistorer - kolnanorörstransistorer - kommer att vara redo i tid för att ta kiselns plats.
Detta färgade mikrofotografi visar flera transistorer gjorda av ett enda kolnanorör. De gula staplarna är metallelektroder av olika dimensioner, och den svaga vertikala linjen ungefär en tredjedel av vägen in från höger sida av bilden är nanoröret.
Kolnanorör, små cylindrar gjorda av hoprullade, atomtjocka skivor av kol, har mycket attraktiva elektriska och termiska egenskaper och skulle teoretiskt kunna utgöra grunden för kretsar som är mycket snabbare och mer energieffektiva än dagens kisel. Men flera stora tillverkningsutmaningar står i vägen för kommersiella enheter baserade på nanorörstransistorer. IBM-forskarna säger att de har kommit på hur man övervinner en av dem: hur man kombinerar nanorör med metallkontakterna som levererar elektrisk ström.
Nanorörstransistorer är ett lovande alternativ eftersom de i mycket små storlekar är mer effektiva än kisel. Men tidiga demonstrationsenheter baserade på nanorör (se The First Nanotube Computer) har haft storleksordningar färre transistorer än vad som behövs för en kommersiell enhet, och de har använt relativt stora metallkontakter. Ett kommersiellt gångbart chip för en högpresterande dator skulle behöva miljarder transistorer, och kontakterna skulle behöva vara mycket mindre. Det är ett dilemma, för i den här skalan förändras metallens elektriska egenskaper, och det är svårare att få ström in i transistorerna för att byta dem. Ju mindre kontakterna blir, desto värre blir problemet.
Forskarna tog upp problemet genom att ändra gränssnittet mellan ett nanorör och de två metallkontakterna. Istället för att deponera dem på toppen av röret, som i det konventionella schemat för att bygga nanorörstransistorer, placerade de dem i ändarna av röret och fick dem att reagera med kolet för att bilda en annan kemisk förening. Med den här tekniken visade gruppen att kontakter som var mindre än 10 nanometer långa inte kompromissade med prestanda. (Dagens toppmoderna kiselchips har funktioner på 14 nanometer.)
Framgången för den nya metoden innebär att förmågan att leverera ström till kolnanorörstransistorer nu är oberoende av längden på metallkontakterna, säger Wilfried Haensch, som leder IBM Researchs nanorörsprojekt. Det är nu uppenbart att de kan göra transistorerna så små som nödvändigt, säger han, och det här är ett stort steg mot företagets mål att ha kolnanorörsteknologi klar till 2020 (se IBM: Commercial Nanotube Transistors Are Coming Soon ).
Det återstår stora utmaningar, erkänner Haensch. Han säger att det senaste arbetet bara övervinner ett av de tre stora hindren som står i vägen för kommersiellt gångbara kolnanorörstransistorer. En annan är att nanorör finns i två former, metalliska och halvledande, men endast de halvledande är användbara för transistorer. Ingenjörer måste bli betydligt bättre på att separera metallrör från halvledande rör. Den andra återstående utmaningen är att utveckla ett pålitligt, icke-litografiskt sätt att placera miljarder nanorör exakt där de behövs på ett chip.
Det har gjorts stora framsteg när det gäller separationsproblemet, säger Michael Arnold , en professor i materialvetenskap och ingenjörskonst vid University of Wisconsin, som inte var involverad i forskningen. Det nya resultatet från IBM representerar en fantastisk strategi för att ta itu med kontaktproblemet, säger han, även om han påpekar att forskarna hittills bara har visat att det fungerar för en av de två typer av transistorer som behövs för att utföra kompletterande logiska funktioner. När det gäller att rikta in nanorör på chipet återstår dock en stor mängd arbete att göra om tekniken verkligen ska tränga undan kisel, säger Arnold.