Учёные из компании IBM продемонстрировали новый подход к применению углеродных нанотехнологий, который открывает путь для создания следующего поколения компьютерных процессоров меньшего размера и значительно большей производительности.
Им впервые удалось разместить на одном чипе более десяти тысяч транзисторов, изготовленных из нанотрубок, с использованием стандартных процессов полупроводникового производства. Разработчики полагают, что подобные углеродные устройства в скором времени превзойдут кремниевые технологии и позволят выпускать ещё более мощные и компактные электронные приборы.
На протяжении четырёх десятилетий процессоры уменьшались в размерах и увеличивали производительность за счёт инноваций и уменьшения кремниевых транзисторов – крошечных переключателей, которые передают информацию в двоичном коде. Но в скором времени эта технология достигнет своего физического предела, когда изготовление более миниатюрных транзисторов не обеспечит необходимой мощности и будет невыгодно.
Углеродные нанотрубки представляют новый класс полупроводниковых материалов. На их основе можно создавать транзисторы толщиной всего в несколько десятков атомов. При этом электроны перемещаются по ним быстрее, чем по кремниевым, что существенно увеличивает скорость работы таких устройств.
Единственной проблемой на пути создания первых углеродных чипов оставалась трудность манипулирования микроскопическими полыми цилиндрами из атомов углерода. Ведь при изготовлении их необходимо устанавливать на подложке в условиях высокой плотности и в строго обозначенных местах.
Ранее исследователям удавалось совершить подобные манипуляции лишь с сотней микроскопических деталей. В то время как для коммерческого выпуска необходимо разместить на одном процессоре до миллиарда транзисторов.
Новый подход, опробованный в лабораториях IBM, позволяет наладить автоматическое производство, размещая большое количество транзисторов из нанотрубок в необходимом месте подложки.
Как сообщается в статье в журнале Nature Nanotechnology, сначала нанотрубки смешивают с так называемым поверхностно-активным веществом, которое делает их растворимыми в воде.
Подложка, на которую химики высаживают нанотрубки, представляет собой чередующиеся полоски химически модифицированного оксида гафния (HfO2) и оксида кремния (SiO2). Подложку погружают в раствор нанотрубок, которые с помощью химических связей соединяются с оксидом гафния и заполняют соответствующие полосы. Кремниевые промежутки при этом остаются пустыми.
Специалистам уже удалось разместить на одном чипе более десяти тысяч транзисторов (плотность 109 на см2), а это на два порядка больше, чем в предыдущих работах такого рода. Конечно, этого недостаточно для коммерческого производства. Но исследователи не сомневаются, что в скором времени технология будет существенно улучшена.
"Сейчас промежутки между трубками составляют от 150 до 200 нанометров, — говорит один из авторов работы Джеймс Хэннон (James Hannon). – Нам нужно сократить их в десять раз. Но это уже в сто раз лучше, чем было раньше".
Важно, что для изготовления таких чипов используются обыкновенные химические вещества, применяемые в производстве полупроводников. Это значит, что отрасль не потребует кардинальных изменений для работы с углеродными нанотрубками, а инновации в сфере углеродной электроники не заставят себя ждать.
Также по теме:
Магнитная плёнка поможет сохранить гигантские объёмы информации
Учёные впервые различили химические связи внутри молекулы
Физики впервые увидели танцы электронов в молекуле
Создано самое маленькое в мире запоминающее устройство
