Kan kolnanorör ersätta kisel i datorer?

Kännetecknet för framsteg inom elektronikindustrin har varit förmågan att klämma in fler och fler transistorer på datorchips. Men i takt med att chipsen blivit tätare har det blivit svårare att göra sina minsta detaljer med den traditionella metoden, fotolitografi, där ljus används för att etsa mönster. År 2020 kan de minsta funktionerna på chips vara så små som fem nanometer, en minskning från 14 nanometer idag. Det är därför idén att ersätta kisel med nanorör, små cylindrar av kolatomer, har varit tilltalande sedan 1990-talet. Dessa rör är mindre än en nanometer breda, vilket innebär att de kan packas mycket tätt på chips. Och eftersom de har lågt elektriskt motstånd kan datorer baserade på dem prestera bättre och kräva mindre energi. Det har varit svårt att skala upp materialet för att ersätta de miljarder transistorer som finns i dagens elektronik, vilket kräver inriktning och avstånd mellan nanorören på ett mycket specifikt sätt. Men flera labb och företag tror fortfarande att nanorörsbaserade chips kommer att kommersialiseras en dag. Här är en uppdatering om deras framsteg.

En återgivning av strukturen av ett kolnanorör.

Skala upp strukturer

En forskargrupp ledd av Stanford-professorerna Subhasish Mitra och H.-S. Philip Wong dök upp Natur 2013 att de hade skapat den första datorn vars transistorer var gjorda helt av kolnanorör (se The First Carbon Nanotube Computer). Sedan dess har dessa professorer gjort vissa förbättringar för att öka prestandan. De inkluderar vad Wong kallar a höghus chip av två staplade lager av minne inkapslade mellan två transistorer, vilket forskarna visade vid ett möte med Institute of Electrical and Electronics Engineers i december förra året. Forskarna har också en ny metod för att göra chipsen, vilket ger en densitet och på-av-växlingshastighet som gör dem lika bra som kisel.

I en nyligen ACS Nano paper, demonstrerade ett team vid University of Wisconsin, Madison, ledd av Michael Arnold och Padma Gopalan en metod för att göra högpresterande kolnanorörsmatriser, ett långvarigt mål för forskare. Teamet gjorde ett tunt lager av nanorör i vatten. När forskarna drog upp ett substrat ur vattnet fick ytspänningen och avdunstning nanorören att rikta in sig på substratet.

IBM hoppas att kolnanorör kan användas i kommersiella transistorer år 2020. För att göra det praktiskt måste flera problem lösas. En är att företag kommer att behöva ett sätt att upptäcka mycket små förändringar i egenskaperna hos nanorör. George Tulevski, en medlem av IBM:s kolnanorörsteam, granskade nyligen utmaningarna i ACS Nano .

Minne

En tillämpning av kolnanorör som kan vara närmare förverkligande kan vara att kombinera dem med kiseltransistorer i minneschips. Ett företag i Massachusetts, som heter Nantero, har hållit på med detta sedan 2001. Företaget säger att det redan har flyttat ut sin teknik från labbet och testat den i chiptillverkningsanläggningar. Innan nanorörsminne kunde användas i kommersiella enheter som telefoner eller bärbara enheter, måste företag designa nya kretsar för det. Det är oklart när det kan hända, men Nanteros VD och medgrundare Greg Schmergel säger att arbetet pågår och uppskattar att vissa kretsdesigner kan göras till nästa år. Förra året rapporterade företaget att Chuo University i Japan hade testat tekniken och fann den mycket tillförlitlig.

Takeaway:

IBM tror att tekniken kan vara tillräckligt mogen för att flytta till en mikroprocessorfabrik inom några år. Detta skulle leda till ytterligare några år av utvecklingsarbete, vilket skulle innebära att testa mer avancerade kretsar. Därefter kunde produkten kommersialiseras.

Har du en stor fråga? Skicka förslag till [email protected] .

Dölj