Ученые готовы к тому, что миниатюризация ремниевых транзисторов достигнет предела
В новой структуре затвор размещается поверх нанотрубки, а в качестве тонкого изолирующего слоя между ними используется диоксид кремния

Исследователи из корпорации IBM усовершенствовали методы создания транзисторов из углеродных нанотрубок (carbon nanotube, CNT) до такой степени, что они уже в состоянии превзойти по своим ключевым характеристикам прототипы самых современных кремниевых транзисторов.

Как отметил ведущий научный специалист корпорации IBM Шелом Винд, CNT-транзисторы представляют собой сформированные в виде трубок молекулы, состоящие из атомов углерода. Одна такая трубка имеет толщину 1 нм (около трех атомов), это в 50 тыс. раз тоньше человеческого волоса.

Сотрудники исследовательского центра IBM T.J. Watson Research Center добились исключительно высокого значения параметра, определяющего способность проводить ток. Этот параметр у CNT-транзисторов вдвое выше (на единицу сечения), чем у самых совершенных из существующих кремниевых транзисторов.

Как предполагается, углеродные нанотрубки заменят кремний, когда развитие микросхем достигнет того барьера, после которого полупроводниковые элементы из кремния уже нельзя будет уменьшить в размерах. Это должно произойти через 10-15 лет.

Винд вместе со своими коллегами Джоргом Аммензеллером, Ричардом Мартелом, Винсентом Дериком и Фаэдоном Аворисом написал статью, опубликованную на днях в журнале Applied Physics Letters. Исследование охватывало вопросы создания канальных транзисторов из углеродных нанотрубок со структурой, аналогичной структуре традиционных канальных МОП-транзисторов. Это позволило сравнить CNT-транзисторы с их кремниевым аналогом.

Новые элементы отличаются превосходными электрическими характеристиками, легко включаются и выключаются и устойчиво работают при низком напряжении. Предыдущие варианты CNT-транзисторов требовали для включения и выключения высокого напряжения, вплоть до 20 В, при том что кремниевым транзисторам необходимо напряжение всего в 1 В.

Предыдущие варианты CNT-транзисторов создавались на кремниевой подложке, кроме того, кремний использовался в качестве затвора. Такие варианты работали, но при этом подразумевали, что все транзисторы включаются и выключаются одновременно.

В новой структуре затвор размещается поверх нанотрубки, а в качестве тонкого изолирующего слоя между ними используется диоксид кремния, поэтому, по словам Винда, внешне он выглядит как кремниевый транзистор, но вместо плоской пластины кремния в нем используется тонкая нанотрубка.

Новый CNT-транзистор может включаться при напряжении менее 1 В благодаря использованию изолирующего слоя и способен работать независимо.

Новую технологию еще предстоит оптимизировать, уменьшить слой диоксида кремния и сократить длину каналов, поэтому Винд рассчитывает на то, что в будущем разработчики смогут добиться еще лучших результатов.

Однако, как подчеркнул Винд, CNT-транзисторы еще не скоро появятся в товарах на полках магазинов. Ученым необходимо найти способы, позволяющие размещать углеродные нанотрубки в определенных местах таким образом, чтобы они корректно работали, и пока остаются открытыми некоторые вопросы о том, как передается электрический ток.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями