Углерод вместо кремния

В корпорации уточняют, что данное открытие еще не позволит создать коммерческие нанотранзисторы, однако оно является важным шагом на пути к достижению этой цели. Источник: IBM

В рамках осуществляемых в IBM исследований в области углеродных нанотрубок был открыт новый способ точного размещения их на подложках в больших количествах. Новый метод рассматривается как один из способов продолжать увеличение плотности микросхем после того будут достигнуты естественные ограничения нынешней кремниевой технологии.

В IBM добились возможности размещения более 10 тыс. транзисторов из углеродных нанотрубок в одном чипе — это на два порядка больше, чем было возможно до сих пор. По сравнению с плотностью нынешних кремниевых микросхем это все еще очень мало — в чипах современных настольных компьютеров может быть более миллиарда транзисторов, но в IBM уверены, что специалистам корпорации удалось осуществить прорыв на пути к применению новой технологии в реальных вычислительных системах.

Доклад с подробностями исследования опубликован IBM в журнале Nature Nanotechnology.

Самые новые кремниевые процессоры Intel выпускаются по технологии 22 нм, а более простые чипы флэш-памяти NAND изготавливаются с топологическим размером элемента меньше 20 нм, однако нынешние методы производства приближаются к физическим пределам своих возможностей. В Intel прогнозируют, что корпорация уже в следующем десятилетии будет выпускать процессоры с нормой проектирования в пределах десятка нанометров.

Благодаря непрерывному уменьшению топологического размера транзисторов появляются процессоры, потребляющие все меньше энергии, но работающие все быстрее. При этом новые поколения можно выпускать дешевле предыдущих, так как на одной основе умещается больше чипов. Рост количества транзисторов на единицу площади кремния неизменно происходит согласно знаменитому закону Гордона Мура, сооснователя Intel, который предсказал, что число элементов будет регулярно удваиваться.

Углеродные нанотрубки — пласты углерода толщиной в один атом, «свернутые» в цилиндры, — можно использовать в основе транзисторов в микросхемах, причем топологический размер таких транзисторов будет меньше 10 нм. Кроме того, углеродные нанотрубки способны лучше проводить ток, чем кремний, однако манипулировать ими в больших количествах слишком сложно.

В отличие от традиционных чипов, в которых транзисторные схемы вытравливаются в кремнии, изготовление микросхем из нанотрубок требует размещения их на основе с высочайшей точностью. Как объясняют в IBM, среди полупроводниковых нанотрубок также попадаются примеси металлических, в результате чего микросхема может получиться бракованной, поэтому перед использованием посторонний материал необходимо отделить.

В IBM заявили, что сумели решить задачу как позиционирования, так и сортировки нанотрубок. Сперва исследователи корпорации «растворяют» нанотрубки в воде с применением сурфактанта. Затем в раствор погружается специально подготовленная подложка с нанесенными на нее «траншеями» из химикатов, с которыми связываются нанотрубки. Это заставляет их расположиться в порядке, соответствующем необходимой электронной схеме, а металлические нанотрубки попутно отсеиваются.

В корпорации уточняют, что данное открытие еще не позволит создать коммерческие нанотранзисторы, однако оно является важным шагом на пути к достижению этой цели.

Но прежде чем бросить вызов кремнию, придется выполнить ту часть закона Мура, о которой нередко забывают, — доступность по цене. В первоначальной формулировке речь шла об «удвоении сложности компонентов минимальной стоимости примерно каждые два года», то есть о микросхемах, которые могут появиться на массовом рынке.