Компьютер на углеродных нанотрубках. Сделан важный шаг

Первые трехмерные схемы на основе углеродных нанотрубок, созданные учеными из Стэнфордского университета (Stanford University), могут стать очень важным шагом в создании компьютеров на нанотрубках — намного более быстрых и менее энергоемких, чем современные компьютеры на кремниевых микросхемах. Компьютерам на нанотрубках уже, как минимум, десять лет, но стэнфордским исследователям удалось преодолеть еще один важный этап, создав не плоские, а многоуровневые интегральные схемы. Многоуровневость позволяет сосредоточить на той же площади большую процессорную мощность и упростить отвод тепла.
Последние исследования компании IBM показали, что при равных затратах энергии схема на углеродных нанотрубках работает впятеро быстрее, чем кремниевая схема. «Мы можем делать кремниевые транзисторы все меньше и меньше, но исключительно малые размеры уже не дают желаемой производительности», пишет Чэнь Чжихун (Zhihong Chen), директор отдела углеродных технологий Уотсоновского исследовательского центра IBM (Watson Research Center). «Именно поэтому мы обращаемся к новым материалам».
Хотя в лабораторных условиях уже довольно давно удавалось создавать одиночные транзисторы на основе нанотрубок, создание из них сложных интегральных схем было затруднительно — трудно контролировать качество каждой отдельной нанотрубки. Однако разработка стэнфордских ученых, представленная на прошлой неделе на конференции International Electron Devices Meeting 2009 в Балтиморе, делает возможным создание весьма сложных схем на нанотрубках.
«Когда мы работаем с большим количеством нанокомпонент, нельзя поручиться за их всеобщую безупречность», отмечает Х.-С. Филип Вонг (H.-S. Philip Wong), профессор электротехники в Стэнфордском университете. Когда ученые выращивают нанотрубки для создания схем, они получают множество как искомых полупроводящих нанотрубок, так и металлических, которые могут вызвать короткое замыкание, если их не удалить. Некоторые нанотрубки — прямые, некоторые — изогнутые, и от последних тоже приходится избавляться. Пока химики продолжают работать над методами выращивания чистых и прямых нанотрубок, основной задачей стэнфордских исследователей, по словам Вонга, являлась не ликвидация дефектов как таковых, а снижение их влияния при сохранении работоспособности схемы.
Ее решение лежит в учете ограничений материалов в устройстве схемы. «Мы должны были найти способ включать в схему металлические нанотрубки так, чтобы они не вызывали проблем», пишет Субхасиш Митра (Subhasish Mitra), профессор электротехники и информатики в Стэнфордском университете. Стэнфордская группа создала сначала то, что Митра называет «тупой» схемой: методом штамповки ученые создали на кремниевой подложке плоское, выровненное построение углеродных нанотрубок, выращенных на кристалле кварце. На поверхности кремниевой подложки, между кремнием и нанотрубками, создавался проводящий слой, используемый как тыловой затвор — он позволяет отключать полупроводящие нанотрубки, прежде чем их сожжет электрический разряд с металлических нанотрубок. Сверху настилался верхний затвор, причем таким образом, чтобы он не контактировал с трубками неправильной формы. Наконец, схема протравлялась — удалялись металлические электроды, не нужные в финальном варианте схемы.
Для создания трехмерной схемы исследователи просто повторяли процессы штамповки и выращивания электродов уровень за уровнем, создавая перед финальным протравливанием схему из необходимого количества уровней. Процесс штамповки, продемонстрированный стэнфордской группой еще в 2008 году, позволяет легко создавать многоуровневые структуры при низких температурах, не опасаясь расплавить металлические контакты на лежащих ниже уровнях.
В настоящий момент стэнфордская группа работает над созданием еще более сложных интегральных схем. «Пока речь только о сложности, никаких фундаментальных ограничений нет», говорит Митра. Остаются, однако, ограничения, связанные с материалами. Стэнфордские схемы на нанотрубках — одни из самых плотных в мире, от пяти до десяти нанотрубок на микрометр, но этого мало. «Для по-настоящему хорошей производительности нам нужна плотность в 100 нанотрубок на микрометр», — говорит Вонг.






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.