Kunnen koolstofnanobuisjes silicium in computers vervangen?

Het kenmerk van vooruitgang in de elektronica-industrie is het vermogen om steeds meer transistors op computerchips te persen. Maar naarmate de chips dichter zijn geworden, is het lastiger geworden om hun kleinste kenmerken te maken met de traditionele methode, fotolithografie, waarbij licht wordt gebruikt om patronen te etsen. Tegen 2020 zouden de kleinste kenmerken op chips zo minuscuul kunnen zijn als vijf nanometer, tegen 14 nanometer vandaag. Daarom is het idee om silicium te vervangen door nanobuisjes, kleine cilinders van koolstofatomen, al sinds de jaren negentig aantrekkelijk. Deze buisjes zijn kleiner dan een nanometer breed, wat betekent dat ze heel dicht op chips kunnen worden verpakt. En omdat ze een lage elektrische weerstand hebben, kunnen computers die erop zijn gebaseerd beter presteren en minder energie verbruiken. Het was moeilijk om het materiaal op te schalen om de miljarden transistors in de hedendaagse elektronica te vervangen, waarvoor de nanobuisjes op een zeer specifieke manier moeten worden uitgelijnd en gescheiden. Verschillende laboratoria en bedrijven denken echter nog steeds dat op nanobuisjes gebaseerde chips ooit op de markt zullen komen. Hier is een update over hun voortgang.

Een weergave van de structuur van een koolstofnanobuis.

Opschalen van structuren

Een onderzoeksteam onder leiding van Stanford-professoren Subhasish Mitra en H.-S. Philip Wong kwam binnen Natuur in 2013 dat ze de eerste computer hadden gemaakt waarvan de transistors volledig waren gemaakt van koolstofnanobuisjes (zie The First Carbon Nanotube Computer). Sindsdien hebben deze professoren enkele verbeteringen aangebracht om de prestaties te verbeteren. Ze omvatten wat Wong een noemt hoogbouw chip van twee gestapelde geheugenlagen ingekapseld tussen twee transistors, die de onderzoekers afgelopen december lieten zien tijdens een bijeenkomst van het Institute of Electrical and Electronics Engineers. De onderzoekers hebben ook een nieuwe methode voor het maken van de chips, wat een dichtheid en aan-uit-schakelsnelheid oplevert die ze zo goed als silicium maken.

in een recente ACS Nano paper demonstreerde een team van de Universiteit van Wisconsin, Madison, onder leiding van Michael Arnold en Padma Gopalan, een methode voor het maken van hoogwaardige koolstofnanobuisarrays, een al lang bestaand doel van onderzoekers. Het team maakte een dun laagje nanobuisjes in water. Toen de onderzoekers een substraat uit het water trokken, zorgden oppervlaktespanning en verdamping ervoor dat de nanobuisjes op het substraat uitlijnden.

IBM hoopt dat koolstofnanobuisjes tegen 2020 in commerciële transistors kunnen worden gebruikt. Om dat praktisch te maken, moeten verschillende problemen worden opgelost. Een daarvan is dat bedrijven een manier nodig hebben om zeer kleine veranderingen in de eigenschappen van nanobuisjes te detecteren. George Tulevski, een lid van IBM's koolstofnanobuisjes-team, heeft onlangs de uitdagingen besproken in ACS Nano .

Geheugen

Een toepassing van koolstofnanobuisjes die mogelijk dichter bij de voltooiing komt, zou kunnen zijn om ze te combineren met siliciumtransistors in geheugenchips. Een bedrijf in Massachusetts, Nantero genaamd, stopt hier sinds 2001 mee. Het bedrijf zegt dat het zijn technologie al uit het laboratorium heeft gehaald en het heeft getest in chipfabrieken. Voordat het geheugen van nanobuisjes zou kunnen worden gebruikt in commerciële apparaten zoals telefoons of wearables, zouden bedrijven er nieuwe circuits voor moeten ontwerpen. Het is onduidelijk wanneer dat zou kunnen gebeuren, maar Nantero CEO en mede-oprichter Greg Schmergel zegt dat het werk aan de gang is en schat dat sommige circuitontwerpen volgend jaar klaar kunnen zijn. Vorig jaar meldde het bedrijf dat Chuo University in Japan had getest de technologie en vond het zeer betrouwbaar.

De afhaalmaaltijd:

IBM denkt dat de technologie volwassen genoeg kan zijn om binnen een paar jaar naar een microprocessorfabriek te verhuizen. Dit zou leiden tot nog een paar jaar ontwikkelingswerk, waarbij geavanceerdere circuits moeten worden getest. Daarna kon het product worden gecommercialiseerd.

Heb je een grote vraag? Stuur suggesties naar [email protected].

zich verstoppen