Вот уже много лет исследователи всего мира пытаются найти практическое применение выдающимся электрическим свойствам углеродных нанотрубок.
Один из вариантов – создание на их основе ультрамаленьких транзисторов, которые могли бы проявить себя даже лучше, чем кремниевые транзисторы тех же размеров.
Но годы шли, а достойного кандидата найти не удавалось. Разработчики продолжали уменьшать размеры кремниевых транзисторов, что приводило к увеличению вычислительных мощностей при том же энергопотреблении.
Однако у всякого уменьшения есть свои границы. У кремниевых транзисторов крайней отметкой считается размер в 10–11 нанометров, пишет Technology Review.
Дальнейшее уменьшение усложняет контроль за движением электронов внутри кремниевого канала, за включением и выключением устройства.
Рис. 1. Согласно прогнозам, уже после 2015 года компании-производители вынуждены будут найти альтернативу кремниевым транзисторам (фото Aaron Franklin).
Каждая компания по-своему преодолевает возникающие трудности. Так, Intel в прошлом году презентовал трёхмерный транзистор. Нестандартный подход позволил уменьшить энергозатраты, заставил транзисторы работать быстрее при более плотной их упаковке на схеме. Другие производители заявили об уплощении транзисторов.
Однако все достойные замены инженеры создавали выше той самой отметки – альтернативные транзисторы были более 10 нанометров.
На днях специалисты IBM рассказали о том, что ими был
создан и опробован транзистор, в основе которого располагалась одна единственная углеродная нанотрубка длиной всего 9 нанометров. Новое устройство показало отменные характеристики, позволившее заговорить о долгожданной замене кремниевым транзисторам.
«Наши результаты показали, что у нанотрубок не просто есть соответствующий потенциал, они могут соперничать с кремнием», – говорит профессор Джон Роджерс (John Rogers) из университета Иллинойса.
Чтобы узнать, как размер нанотрубки влияет на производительность устройства, Роджерс, Аарон Франклина (Aaron Franklin) и их коллеги создали несколько транзисторов разных размеров. Чтобы на результаты исследования не повлияла разница в отдельных нанотрубках, учёные расположили все транзисторы на поверхности одной.
Рис. 2. Рекордное устройство можно рассмотреть разве что под микроскопом (фото Nano Letters).
Для этого на слой непроводящего материала инженеры поместили нанотрубку, на концах которой в ходе двухступенчатого процесса были закреплены контакты. Опыты показали, что
нанотрубочный транзистор потребляет гораздо меньше энергии, чем его «коллеги» того же размера (достаточно напряжения в 0,5 вольта). Кроме того, новое устройство может пропускать в четыре раза больше тока.
В статье в журнале Nano Letters авторы работы отмечают, что процесс пока невозможно воспроизвести в промышленных масштабах, однако для лабораторного тестирования достаточно и этого.
Также, прежде чем технология будет признана пригодной для промышленного производства, предстоит решить как минимум ещё две проблемы. Отработать создание подходящих углеродных нанотрубок (в общей массе могут попадаться не только полупроводниковые, но и металлические нанотрубки, которые приводят к короткому замыканию), а также научиться располагать нанотрубки на схемах параллельно друг другу.
Aaron D. Franklin, Mathieu Luisier, Shu-Jen Han, George Tulevski, Chris M. Breslin, Lynne Gignac, Mark S. Lundstrom and Wilfried Haensch Sub-10 nm Carbon Nanotube Transistor. – Nano Lett. – DOI: 10.1021/nl203701g; Publication Date (Web): January 18, 2012.
