IBM brengt carbon nanobuisjes een stap dichter bij het usurpen van silicium

Anonim

IBM brengt carbon nanobuisjes een stap dichter bij het usurpen van silicium

Wetenschap

Ben Coxworth

31 oktober 2012

3 afbeeldingen

IBM-onderzoeker Hongsik Park onderzoekt een wafer vol met koolstofnanobuisjes

Silicium regeert mogelijk omdat het standaardmateriaal voor microchiphalfgeleiders mogelijk ten einde is. Met behulp van standaard halfgeleiderprocessen zijn wetenschappers van IBM Research er in geslaagd precies 10.000 werktransistors gemaakt van koolstofnanobuizen op een wafeloppervlak te plaatsen - en ja, de resulterende chip werd getest en het werkte. IBM zegt hierover: "Deze koolstofapparaten zijn in staat om siliciumtechnologie te vervangen en beter te presteren, waardoor verdere miniaturisatie van computercomponenten mogelijk wordt en de weg wordt geëffend voor toekomstige micro-elektronica."

Silicium transistors zijn in de loop van de jaren steeds kleiner geworden, terwijl ze tegelijkertijd verbeterden in prestaties. Dit heeft de ontwikkeling van micro-elektronica aangewakkerd, waardoor apparaten kleiner konden worden gemaakt, minder stroom konden gebruiken en sneller konden worden gebruikt. Vanwege de fysieke eigenschappen van silicium is er echter een limiet aan hoe klein een object er uit kan worden gemaakt. De IBM-onderzoekers geloven dat we die limiet naderen en dat er een ander materiaal moet worden gebruikt als we niet willen dat de evolutie van onze computers, smartphones en andere elektronica uitput.

Koolstof nanobuisjes tikken veel van de dozen aan omdat ze dat nieuwe materiaal zijn. Ten eerste, ze zijn klein - een individuele transistor gemaakt van hen meet slechts tientallen atomen aan de overkant. Ze zijn ook meer elektrisch geleidend dan silicium, waardoor elektronen (en dus gegevens) sneller door ze kunnen reizen - computermodellen hebben gesuggereerd dat elektronische schakelingen die de nanobuisjes bevatten ongeveer vijf tot tien keer beter zouden presteren dan op silicium gebaseerde circuits. Bovendien maakt hun buisvorm ze "ideaal gevormd voor transistors op atomaire schaal", zei IBM.

Het bedrijf verklaarde ook dat uiteindelijk meer dan een miljard transistors per chip nodig zullen zijn voor commerciële elektronica. Eerder hadden wetenschappers het alleen maar gelukt om niet meer dan een paar honderd nanobuisjes op een wafer te plaatsen. Uitdagingen zijn onder meer het vinden van een manier om ze precies te plaatsen en ervoor te zorgen dat ze allemaal halfgeleidend zijn - gewoonlijk in elke batch koolstofnanobuisjes, waarvan sommige uiteindelijk halfgeleidend zijn en sommige metaalachtig.

IBM heeft blijkbaar een manier gevonden om deze uitdagingen aan te gaan.

IBM-onderzoeker Hongsik Park observeert verschillende oplossingen van koolstofnanobuisjes

Het proces begint met koolstofnanobuisjes die worden gemengd met een oppervlakteactieve stof (oftewel een reinigingsmiddel). Een speciaal vervaardigd substraat wordt vervolgens ondergedompeld in die oplossing. Het substraat heeft een siliciumoxidebase, met sleuven van chemisch gemodificeerd hafniumoxide die er gelijkmatig doorheen lopen. De halfgeleidende nanobuizen verbinden zich chemisch met die geulen, terwijl de rest van de basis helder blijft. Ordelijke rijen van zuiver geleidende koolstofnanobuizen zijn het resultaat, verpakt op de basis met een dichtheid die ongeveer een miljard per vierkante centimeter zou moeten toelaten.

De onderzoekers beweren dat de techniek eenvoudig kan worden geïmplementeerd met behulp van gewone chemicaliën en bestaande fabrieken voor de fabricage van halfgeleiders.

Bron: IBM Research

IBM-onderzoeker Hongsik Park observeert verschillende oplossingen van koolstofnanobuisjes

IBM-onderzoeker Hongsik Park onderzoekt een wafer vol met koolstofnanobuisjes

IBM-scanelektronenmicroscoopafbeelding van koolstofnanobuisjes afgezet op een geul bedekt met hafniumoxide