211service.com
De kleinste nanobuistransistoren ooit presteren beter dan silicium
De kleinste koolstof-nanobuis-transistor die ooit is gemaakt, een apparaat van negen nanometer, presteert beter dan elke andere transistor van dit formaat.
Nano-poort: Een conceptuele afbeelding toont een nanobuis die tussen de source en drain van een transistor is geplaatst.
Al meer dan een decennium hebben onderzoekers beloofd dat koolstofnanobuisjes, met hun superieure elektrische eigenschappen, zouden zorgen voor betere transistors in steeds kleinere afmetingen, maar die bewering was in het laboratorium niet op deze extremen getest. Onderzoekers van IBM die de nanobuistransistors hebben gemaakt, zeggen dat dit het eerste experimentele bewijs is dat elk materiaal een levensvatbare potentiële vervanging is voor silicium met een grootte die kleiner is dan 10 nanometer.
De resultaten benadrukken echt de waarde van nanobuisjes in het meest geavanceerde type transistors, zegt John Rogers , hoogleraar materiaalkunde aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign. Ze suggereren heel duidelijk dat nanobuisjes het potentieel hebben om iets te doen dat echt concurrerend is met of complementair is aan silicium.
De krimp van siliciumtransistors in de afgelopen decennia heeft de kosten van elektronica verlaagd en geleid tot meer verwerkingskracht met minder energieverbruik. Maar de inkrimping van siliciumelektronica zou een wegversperring kunnen raken op ongeveer 10 nanometer, zegt Aaron Franklin , een onderzoeker bij het IBM Watson Research Center in Yorktown Heights, New York. We lopen nu tegen fysieke grenzen aan, zegt hij. Naarmate transistors kleiner worden gemaakt, wordt het moeilijker om te bepalen hoe elektronen door het siliciumkanaal bewegen om de transistor aan en uit te zetten. Geconfronteerd met dit weerbarstige, energieverslindende gedrag, kondigde Intel vorig jaar aan dat het zou overschakelen naar een nieuw, driedimensionaal transistorontwerp voor zijn 22-nanometer-generatie chips. Andere bedrijven werken aan zogenaamde ultrathin body transistors. Hoe het ook is gevormd, silicium is silicium en het omgaan met extreem kleine afmetingen levert zelfs in deze nieuwe transistorontwerpen problemen op.
Veel materialen zijn gehyped als een mogelijke vervanging voor silicium, waaronder koolstofnanobuisjes. Dat materiaal en anderen hebben veelbelovend getoond in grotere transistors, maar tot nu toe had niemand een koolstof-nanobuis-transistor kleiner dan 10 nanometer gedemonstreerd. Als nanobuisjes niet veel verder kunnen gaan dan silicium, dan is het tijdverspilling om eraan te werken, zegt Franklin. We hebben nanobuistransistors gemaakt met agressief geschaalde afmetingen en hebben aangetoond dat ze enorm beter zijn dan de beste siliciumapparaten.
Om te testen hoe de grootte van een nanobuistransistor zijn prestaties beïnvloedde, maakte de groep van Franklin meerdere transistors van verschillende groottes langs een enkele nanobuis. Dit stelde hen in staat om te controleren op eventuele variaties die van nanobuisje tot nanobuisje zouden kunnen optreden. Eerst moesten ze een heel dun laagje isolatiemateriaal neerleggen waar de nanobuis op kon gaan zitten. En ze ontwikkelden een proces in twee stappen om elektrische poorten aan de nanobuis toe te voegen zonder deze te beschadigen. Deze technieken zijn nog lang niet productierijp, maar ze stelden de IBM-groep in staat om de eerste nanobuisjes kleiner dan 10 nanometer te maken om in het laboratorium te testen. Het werk wordt online beschreven in het tijdschrift Nano-letters .
De IBM-groep toonde aan dat zijn negen-nanometer nanobuistransistor veel lager stroomverbruik had dan andere transistors van dezelfde grootte. En het kan meer stroom vervoeren dan vergelijkbare siliciumapparaten, wat een beter signaal betekent.
Er blijven verschillende grote technische problemen bestaan, zegt Franklin. Ten eerste moeten onderzoekers betere methoden bedenken om pure batches halfgeleidende nanobuisjes te maken - metalen buizen in de mix zullen geïntegreerde schakelingen kortsluiten. Ten tweede moeten ze een manier bedenken om grote aantallen nanobuisjes perfect uitgelijnd op een oppervlak te plaatsen.