Представители NEC заявили о приближении сроков практического применения нанотрубок в качестве транзисторов для больших интегральных схем

Корпорация NEC предложила новый способ размещения микроскопических углеродных трубок, который примерно через 10 лет позволит создать электронные схемы, обладающие более высоким быстродействием и меньшим энергопотреблением по сравнению с самыми быстрыми и мощными кремниевыми чипами.

Данный процесс должен стать важным шагом на пути к достижению NEC своей цели, заключающейся в создании микросхем, которые будут работать на частоте 15-20 ГГц и потреблять при этом примерно столько же электроэнергии, сколько и современные процессоры Pentium 4.

Представители NEC заявили о прорыве в технологиях производства углеродных нанотрубок и о приближении сроков их практического применения в качестве транзисторов для больших интегральных схем.

«До начала реализации данного проекта мы не могли одновременно регулировать и положение, и диаметр углеродных нанотрубок, — сообщил Юкинори Очиаи, главный специалист группы, которая занимается изучением нанотехнологий в лаборатории фундаментальных и прикладных исследований NEC в городе Цукуба, расположенном к северу от Токио. — Откровенно говоря, мы считаем, что сделан серьезный шаг вперед — настоящий прорыв, ведь никому до сих пор не удавалось одновременно управлять и расположением, и диаметром трубок».

Углеродные нанотрубки образуются в результате упорядочения расположения атомов углерода в виде полых, открытых цилиндров, имеющих диаметр от 0,4 до 1,8 нанометра. Длина углеродных нанотрубок может достигать нескольких сотен нанометров. Все определяется процессом их изготовления. (Напомним, что нанометр — это одна миллиардная часть метра.)

Электроны способны проходить через углеродные нанотрубки в 10 раз быстрее, чем через цепи, изготовленные из кремния. Кроме того, эффективность пропускания тока у углеродных трубок выше в 100 раз, а рассеивания тепла — в 20 раз. Коэффициент усиления транзисторов, построенных на базе углеродных нанотрубок, в 20 раз превышает соответствующий показатель обычных кремниевых транзисторов. К примеру, микросхемы Pentium содержат около 54 млн. транзисторов. Эти транзисторы выстроены на кремниевой подложке в линии, толщина которых составляет сегодня около 90 нанометров. В следующем году корпорация Intel намерена довести толщину линий до 65 нанометров. У транзисторов имеются затворы — коммутаторы длиной около 35 нанометров, отвечающие за включение и выключение элемента.

По мнению составителей прогноза International Technology Roadmap for Semiconductors, помогающего компаниям стандартизировать передовые технологии производства микросхем, приблизительно к 2016 году процессоры начнут изготавливаться по технологическим нормам 22 нанометра, а на одной микросхеме будут размещаться миллиарды транзисторов.

«На этом важном рубеже углеродные нанотрубки могут оказаться весьма полезными, — считает Очиаи. — По мере уменьшения размеров элементной базы недостатки кремниевых материалов начнут проявляться все более явно. Увеличивается энергопотребление и выделяется больше тепла. Кроме того, для предотвращения «утечки» электронов через затвор и другие компоненты транзистора нам понадобятся еще более эффективные и вместе с тем тонкие изоляторы. А углеродные трубки, размещенные в электрической цепи, помимо ускорения пропускания тока, могут успешно выполнять функции изоляционного материала. Применение углеродных нанотрубок поможет решить многие технические вопросы, возникающие сегодня при построении транзисторов на кремнии. Углеродные нанотрубки должны способствовать увеличению быстродействия микросхем при сохранении энергопотребления на прежнем уровне».

В настоящее время у углеродных нанотрубок имеется один весьма существенный недостаток. Манипулирование ими затруднено из-за очень маленьких размеров элементов и, в отличие от полупроводниковых технологий, за углеродными нанотрубками не стоит более чем 50-летний успешный опыт технической эволюции.

До сих пор исследователям не удавалось добиться одновременного регулирования размеров и пространственной ориентации углеродных нанотрубок, которое требуется для построения на их основе транзисторных цепей. Процесс, предложенный NEC, позволяет решить вопросы, связанные с определением размеров и позиционированием, поскольку специалисты компании сумели добиться увеличения диаметра нанотрубок до стандартной величины непосредственно на микросхеме и научились регулировать их местоположение с точностью до 5 нанометров.

По словам Очиаи, используемый NEC процесс в ближайшее время способен дать ответ и на последний вопрос, связанный с пространственной ориентацией.

Инженеры NEC уверены в том, что сумеют сохранить тенденцию совершенствования микросхем и дальнейшего уплотнения транзисторов, в соответствии с которой до сих пор разработчикам регулярно удавалось размещать большее число транзисторов на меньшем пространстве. В случае успеха стратегии, связанной с производством нанотрубок, можно будет рассмотреть возможность группировки десятков, а затем и сотен транзисторов.

«На это уйдет около двух лет, — полагает Очиаи. — Корпорация NEC и дальше намерена продолжать заниматься построением структур на основе углеродных нанотрубок и созданием из них транзисторов, проводя работы, которые позволили бы преодолеть существующие ограничения».

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями