211service.com
Stanford-onderzoekers bouwen complexe circuits gemaakt van koolstofnanobuisjes
Onderzoekers van Stanford University hebben tot nu toe een van de meest complexe circuits van koolstofnanobuisjes gebouwd. Ze toonden vorige week een eenvoudige handschudrobot met een sensor-interfacecircuit op de Internationale Solid-State Circuits-conferentie in San Francisco.
Koolstof complexiteit: Deze wafer is voorzien van een patroon met een complex koolstofnanobuiscircuit dat dienst doet als sensorinterface.
Nu de siliciumtransistors in de computers van vandaag hun fysieke grenzen bereiken, kijkt de halfgeleiderindustrie naar alternatieven, en een van de meest veelbelovende is koolstofnanobuisjes. Kleine transistors die van deze nanomaterialen zijn gemaakt, zijn sneller en energiezuiniger dan die van silicium, en computermodellen voorspellen dat processors van koolstofnanobuisjes een orde van grootte minder energie verbruiken. Maar het is moeilijk gebleken om afzonderlijke transistors om te zetten in complexe werkende circuits (zie Een nanocomputer bouwen).
Het demonstratiecircuit van koolstofnanobuisjes zet een analoog signaal van een condensator - hetzelfde type sensor als in veel touchscreens - om in een digitaal signaal dat begrijpelijk is voor een microprocessor. De Stanford-onderzoekers tuigden een houten mannequinhand op met de capacitieve schakelaar in zijn handpalm. Toen iemand de hand pakte en de schakelaar aanzette, stuurde het nanobuiscircuit zijn signaal naar de computer, die een motor op de robothand activeerde en deze op en neer bewoog om de hand van de persoon te schudden.
Andere onderzoekers hebben eerder eenvoudige nanobuiscircuits gedemonstreerd, maar dit is de meest complexe die tot nu toe is gemaakt, en het toont ook aan dat nanobuistransistors met hoge opbrengsten kunnen worden gemaakt, zegt Subhasish Mitra , een universitair hoofddocent elektrotechniek en informatica, die het werk leidde met Philip Wonga , een professor in de elektrotechniek aan de Stanford.
Het circuit van nanobuizen is nog steeds relatief traag - de transistors zijn groot en ver uit elkaar in vergelijking met de nieuwste siliciumcircuits. Maar het werk is een belangrijke experimentele demonstratie van het potentieel van koolstof nanobuis computertechnologie.
Dit toont aan dat koolstofnanobuistransistors kunnen worden geïntegreerd in logische circuits die presteren bij lage spanning, zegt Aaron Franklin , die nanobuiselektronica ontwikkelt in het IBM Watson Research Center. Deze prestatie is aangetoond door de groep van Franklin op het niveau van een enkele transistor en is door anderen theoretisch mogelijk gebleken, maar het is belangrijk om het in een complex circuit te zien, zegt Franklin.
Werken met koolstofnanobuisjes brengt veel uitdagingen met zich mee - maar liefst 30 procent daarvan is van metaal in plaats van halfgeleidend, met het potentieel om een circuit te verbranden. Nanobuisjes hebben ook de neiging om in een spaghetti-achtige wirwar te groeien, waardoor circuits onvoorspelbaar kunnen schakelen. De aanpak van de Stanford-groep is om met hun onvolkomenheden te werken en fouttolerante circuitontwerptechnieken te bedenken waarmee ze circuits kunnen bouwen die werken, zelfs als de uitgangsmaterialen gebrekkig zijn. We willen de circuitcomplexiteit opbouwen, dan teruggaan naar het verbeteren van de bouwmethoden en dan complexere circuits maken, zegt Wong.
Dit is niet anders dan de vroege dagen in silicium, zegt Ashraf Alam , hoogleraar elektrische en computertechniek aan de Purdue University. Vergeleken met de elektronica in de huidige op silicium gebaseerde smartphones en supercomputers, waren de eerste siliciumtransistors van slechte kwaliteit, net als de eerste geïntegreerde schakelingen. Maar silicium heeft zijn groeipijnen doorstaan en de halfgeleiderindustrie perfectioneerde het bouwen van steeds dichtere arrays van geïntegreerde schakelingen bestaande uit steeds kleinere transistors.
Variatie en imperfectie zullen de lucht zijn die we inademen in halfgeleidertechnologie, zegt Wong, niet alleen voor degenen die met nieuwe materialen werken, maar ook voor conventionele siliciumtechnologie. De ultramoderne chips van tegenwoordig gebruiken transistors van 22 nanometer - miljarden op elke chip - en er is zeer weinig variatie in hun prestaties; de halfgeleiderindustrie heeft het onder de knie om deze kleine apparaten op enorme schaal en met zeer hoge opbrengsten te maken.
De drive om transistors continu te miniaturiseren met behoud van nauwgezette kwaliteitscontrole heeft technologieën mogelijk gemaakt variërend van smartphones en supercomputers. Maar onvermijdelijke fouten, op het niveau van afzonderlijke atomen, zullen binnenkort leiden tot variatie in prestaties waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerp van de schakeling. Fouttolerant ontwerpen moet deel uitmaken van de weg vooruit, want we zullen de materialen nooit helemaal perfect krijgen, zegt Wong.