211service.com
Stanford-forskare bygger komplexa kretsar gjorda av kolnanorör
Forskare vid Stanford University har byggt en av de mest komplexa kretsarna från kolnanorör hittills. De visade upp en enkel handskakande robot med en sensorgränssnittskrets förra veckan på Internationell solid-state kretskonferens i San Francisco.
Kolkomplexitet: Denna wafer är mönstrad med en komplex kolnanorörskrets som fungerar som ett sensorgränssnitt.
När kiseltransistorerna inuti dagens datorer når sina fysiska gränser, tittar halvledarindustrin på alternativ, och ett av de mest lovande är kolnanorör. Små transistorer gjorda av dessa nanomaterial är snabbare och mer energieffektiva än kisel, och datormodeller förutspår att kolnanorörsprocessorer kan vara en storleksordning mindre energihungriga. Men det har visat sig svårt att förvandla enskilda transistorer till komplexa arbetskretsar (se Hur man bygger en nano-dator).
Demonstrationskretsen av kolnanorör omvandlar en analog signal från en kondensator - samma typ av sensor som finns på många pekskärmar - till en digital signal som är förståelig av en mikroprocessor. Stanford-forskarna riggade en handdocka av trä med den kapacitiva strömbrytaren i handflatan. När någon tog tag i handen och slog på strömbrytaren skickade nanorörskretsen sin signal till datorn, som aktiverade en motor på robothanden, flyttade den upp och ner för att skaka personens hand.
Andra forskare har visat enkla nanorörskretsar tidigare, men det här är det mest komplexa som gjorts hittills, och det visar också att nanorörstransistorer kan tillverkas med högt utbyte, säger Subhasish Mitra , en docent i elektroteknik och datavetenskap, som ledde arbetet med Philip Wong , professor i elektroteknik vid Stanford.
Nanorörskretsen är fortfarande relativt långsam - dess transistorer är stora och långt ifrån varandra jämfört med de senaste kiselkretsarna. Men arbetet är en viktig experimentell demonstration av potentialen hos kolnanorörsteknik.
Detta visar att kolnanorörstransistorer kan integreras i logiska kretsar som fungerar vid låg spänning, säger Aaron Franklin , som utvecklar nanorörselektronik vid IBM Watson Research Center. Denna bedrift har demonstrerats av Franklins grupp på singeltransistornivå och visats vara teoretiskt möjlig av andra, men att se det i en komplex krets är viktigt, säger Franklin.
Att arbeta med kolnanorör innebär många utmaningar - så många som 30 procent av dem är metalliska, snarare än halvledande, med potential att bränna ut en krets. Nanorör tenderar också att växa i en spagettiliknande härva, vilket kan få kretsar att byta oförutsägbart. Stanford-gruppens tillvägagångssätt är att arbeta med deras ofullkomligheter och komma på feltoleranta kretsdesigntekniker som gör att de kan bygga kretsar som fungerar även när utgångsmaterialen är felaktiga. Vi vill bygga upp kretskomplexiteten, sedan gå tillbaka till att förbättra byggmetoderna och sedan göra mer komplexa kretsar, säger Wong.
Detta skiljer sig inte från de tidiga dagarna i kisel, säger Ashraf Alam , professor i el- och datateknik vid Purdue University. Jämfört med elektroniken i dagens kiselbaserade smartphones och superdatorer var de första kiseltransistorerna av dålig kvalitet, liksom de första integrerade kretsarna. Men kisel tog sig igenom sina växtvärk, och halvledarindustrin fulländade att bygga allt tätare uppsättningar av integrerade kretsar som består av allt mindre transistorer.
Variation och ofullkomlighet kommer att bli luften vi andas i halvledarteknik, säger Wong, inte bara för dem som arbetar med nya material, utan även för konventionell kiselteknik. Dagens toppmoderna chip använder 22-nanometer transistorer—miljarder på varje chip—och det finns mycket liten variation i deras prestanda; halvledarindustrin har bemästrat att tillverka dessa små enheter i enorma skalor och med mycket hög avkastning.
Strävan att ständigt miniatyrisera transistorer samtidigt som noggrann kvalitetskontroll har möjliggjort teknologier från smartphones och superdatorer. Men oundvikliga brister, på nivån för enskilda atomer, kommer snart att leda till variation i prestanda som måste beaktas i kretsdesign. Feltolerant design måste vara en del av vägen framåt, för vi kommer aldrig att få materialen helt perfekta, säger Wong.