211service.com
IBM: drīzumā parādīsies komerciāli nanocauruļu tranzistori
Vairāk nekā desmit gadus inženieri ir satraukušies, ka viņiem beigušies triki, lai turpinātu samazināt silīcija tranzistorus. Intel jaunākajām mikroshēmām ir tranzistori ar pat 14 nanometriem, taču nav skaidrs, kā nozare var vēl vairāk samazināt silīcija tranzistorus vai kas tos varētu aizstāt.
Mikroshēmu pārbaude : Katrā šīs vafeles mikroshēmā ir 10 000 nanocauruļu tranzistoru. IBM cer, ka drīz pēc 2020. gada varēs vienā mikroshēmā ievietot miljardus ierīču.
IBM projekta mērķis ir panākt, lai tranzistori, kas izgatavoti, izmantojot oglekļa nanocaurules, drīz pēc 2020. gada pārņemtu silīcija tranzistorus. Saskaņā ar pusvadītāju nozares ceļvedi, tranzistoriem tajā brīdī ir jābūt līdz pieciem nanometriem, lai tie neatpaliktu no nepārtrauktas darbības. datoru mikroshēmu miniaturizācija. Šeit silīcija mērogošana beidzas, un patiesībā nav nekā cita, saka Vilfrīds Haenšs, kurš vada uzņēmuma nanocaurules projektu uzņēmuma T.J. Vatsona pētniecības centrs Yorktown Heights, Ņujorkā. Viņš saka, ka nanocaurules ir vienīgā tehnoloģija, kas spēj novērst datora jaudas palēnināšanos, piedāvājot praktisku veidu, kā izgatavot gan mazākus, gan ātrākus tranzistorus.
1998. gadā IBM pētnieki izgatavoja vienu no pirmajiem strādājošajiem oglekļa nanocauruļu tranzistoriem. Un tagad, pēc vairāk nekā desmit gadu ilgas izpētes, IBM ir pirmais lielais uzņēmums, kas apņēmies sagatavot tehnoloģiju komercializācijai.
Mēs iepriekš strādājām pie tā kā smilškastes veida lietas, saka Džeimss Hanons , IBM molekulāro mezglu un ierīču grupas vadītājs. Hanons vadīja IBM nanocauruļu darbu pirms Haenša, kurš pārņēma vadību 2011. gadā pēc karjeras, kas strādāja pie parasto mikroshēmu ražošanas. Vilfrīds pievienojās ar silīcija tehnoloģiju fonu [un] mūsu uzmanība patiešām mainījās.
Haenša komanda izvēlējās komercializācijas mērķi, pamatojoties uz tehnisko uzlabojumu grafiku, ko mikroshēmu industrija ir plānojusi, lai saglabātu dzīvību Mūra likumam — 1965. gadā pieņemtajām prognozēm, ka tranzistoru skaits, ko varētu ievietot ķēdē, dubultosies ik pēc diviem gadiem. Mikroshēmu izgatavošanas tehnoloģiju paaudzes ir zināmas pēc mazākās struktūras izmēra, ko tās var ierakstīt mikroshēmā. Pašreizējais labākais ir 14 nanometri, un līdz 2020. gadam, lai ievērotu Mūra likumu, nozarei būs jāsamazina līdz pieciem nanometriem. Tas ir punkts, uz kuru IBM cer, ka nanocaurules var iejaukties jaunākais ziņojums no mikroshēmu nozares grupas ITRS saka, ka tā sauktais piecu nanometru mezgls ir paredzēts 2019. gadā.
IBM nesen izgatavoja mikroshēmas ar 10 000 nanocauruļu tranzistoriem (skatiet Kā izveidot nanocaurules datoru). Tagad tas strādā pie tranzistora konstrukcijas, ko varētu veidot uz silīcija plāksnēm, ko mūsdienās izmanto nozarē, ar minimālām izmaiņām esošajās projektēšanas un ražošanas metodēs. Dizains tika izvēlēts daļēji, pamatojoties uz simulācijām, kas novērtēja mikroshēmas ar miljardiem tranzistoru veiktspēju. Šīs simulācijas liecina, ka izvēlētajai konstrukcijai vajadzētu ļaut mikroprocesoram darboties piecas reizes ātrāk nekā silīcija procesoram, izmantojot tādu pašu jaudas daudzumu.
IBM izvēlētajā dizainā tiek izmantotas sešas nanocaurules, kas novietotas paralēli, lai izveidotu vienu tranzistoru. Katra nanocaurule ir 1,4 nanometrus plata, aptuveni 30 nanometrus gara, un tā atrodas aptuveni astoņu nanometru attālumā no kaimiņiem. Abi sešu cauruļu gali ir iegulti elektrodos, kas nodrošina strāvu, atstājot apmēram 10 nanometrus no to garuma atklātā vidū. Trešais elektrods atrodas perpendikulāri zem šīs cauruļu daļas un ieslēdz un izslēdz tranzistoru, lai attēlotu ciparu 1 un 0.
IBM komanda ir pārbaudījusi nanocauruļu tranzistorus ar šo dizainu, taču līdz šim tā nav atradusi veidu, kā novietot nanocaurules pietiekami cieši kopā, jo esošā mikroshēmu tehnoloģija nevar darboties tādā mērogā. Ieteicamais risinājums ir ķīmiski marķēt substrātu un nanocaurules ar savienojumiem, kas liktu tiem pašiem savākties pozīcijā. Pēc tam šos savienojumus varētu noņemt, atstājot nanocaurules pareizi sakārtotas un gatavas pievienot elektrodus un citas shēmas, lai pabeigtu mikroshēmu.
Haensch komanda pērk nanocaurules vairumā no rūpnieciskajiem piegādātājiem un filtrē caurules ar pareizajām īpašībām tranzistoriem, izmantojot modificētu iekārtas versiju, ko izmanto, lai filtrētu molekulas, piemēram, olbaltumvielas farmācijas rūpniecībā. Tas izmanto elektrisko lādiņu, lai atdalītu pusvadošās nanocaurules, kas ir noderīgas tranzistoriem, no tām, kas vada elektrību, piemēram, metālus, un kuras nevar izmantot tranzistoriem.
Pagājušajā gadā Stenfordas pētnieki izveidoja pirmo vienkāršo datoru, kas izveidots, izmantojot tikai nanocaurules tranzistorus (skatiet Pirmo nanocaurules datoru). Taču šie komponenti bija apjomīgi un lēni, salīdzinot ar silīcija tranzistoriem, saka Subhašišs Mitra , profesors, kurš strādāja pie projekta. Tagad mēs zinām, ka ar oglekļa nanocaurulēm var izveidot kaut ko noderīgu, viņš saka. Jautājums ir, kā iegūt vajadzīgo sniegumu?
Lai gan IBM nav izstrādājis, kā padarīt nanocauruļu tranzistorus pietiekami mazus masveida ražošanai, Mirta saka, ka ir veikusi konkrētus soļus un ir izstrādājusi procesus, kas būtu piemēroti pusvadītāju nozarei.
Tomēr pagaidām IBM nanocaurules izmanto tās pētniecības laboratorijās, nevis pusvadītāju biznesa vienībā. Un pētnieki ir atklāti par to, ka panākumi nav garantēti. Jo īpaši, ja nanocauruļu tranzistori nebūs gatavi drīz pēc 2020. gada, kad nozarei tie būs nepieciešami, iespēju logs var tikt aizvērts, saka IBM Hanons.
Ja nanocaurules to neizdodas, ir maz citu, kas liecina par lielu potenciālu pārņemt silīcija tranzistorus šajā laika posmā. Ierīces, kas manipulē ar atsevišķu elektronu griešanos, ir vistuvākais iespējamais kandidāts (skatiet uz silīcija bāzes veidotu spintroniku), taču tās ir mazāk nobriedušas, un atšķirībā no oglekļa nanocaurulēm tās nedarbojas līdzīgi kā silīcija tranzistori, saka Hanons.