Интегральная схема кольцевого генератора на базе единичной "углеродной нанотрубки" на фоне человеческого волоса
Важность этого достижения в том, что интегральная схема была создана с использованием стандартных полупроводниковых технологических процессов, а все компоненты схемы были выполнены на базе одной молекулы, а не путем соединения изготовленных по отдельности частей. Это создает предпосылки для упрощения производства и обеспечивает единство технологии, необходимое для более тщательного тестирования и совершенствования этого материала для прикладного применения.
A close-up view of the 5-stage CMOS type nanotube ring oscillator. The upper right inset shows the nanotube itself with a diameter of ~2nm.
Отчет о работе содержится в статье, опубликованной исследователями IBM в номере журнала Science.
“Транзисторы на базе углеродных нанотрубок в будущем могут превзойти по производительности сегодняшние кремниевые устройства, - говорит д-р Т.С. Чен (T.C. Chen), вице-президент подразделения IBM Research по науке и технологиям. Однако до сих пор ученые в основном занимались изготовлением отдельных транзисторов на основе углеродных нанотрубок. Теперь мы можем оценить потенциал электроники углеродных нанотрубок с точки зрения построения законченных электронных схем - важнейший шаг для интеграции новой технологии с существующими микроэлектронными процессами”.
В последние полвека рост производительности полупроводниковых устройств обеспечивался упаковкой все большего количества электронных компонентов в один полупроводниковый кристалл. В основном это достигалось за счет нахождения новых и новых возможностей для миниатюризации электронных цепей. Сегодня ученые понимают, что эти возможности будут скоро исчерпаны, и нанотехнологии рассматриваются как один из возможных путей для продолжения развития отрасли.
Нанотехнология - это синтез и сборка новых типов молекул и структур, размеры которых измеряются нанометрами - миллиардными долями метра. Нанотрубки похожи на микроскопические, в 50 тысяч раз тоньше человеческого волоса, рулоны из сетки. При этом они обладают уникальными свойствами, позволяющими им пропускать токи значительно большей плотности, чем “трубкам”, используемым в современных транзисторах. При этом благодаря меньшим размерам они могут стать основой для дальнейшей миниатюризации электронных схем.
Исследователи IBM создали кольцевой генератор - схему, на которой изготовители микросхем обычно проверяют возможности новых производственных процессов или материалов. Эта схема выделяет ряд аспектов, которые служат хорошим индикатором того, как новые технологии поведут себя в законченных изделиях.
Построив законченную схему на одной нанотрубке, исследователи IBM сумели достичь скоростей, почти в миллион раз превышающих полученные ранее на схемах с множеством нанотрубок. Хотя эти скорости все еще ниже тех, на которых работают современные кремниевые чипы, ученые IBM уверены, что новые нанотехнологические процессы в конечном счете позволят раскрыть колоссальные потенциальные возможности электроники углеродных нанотрубок.
Теперь исследователи IBM планируют исследовать на примере построенного кольцевого генератора возможности совершенствования транзисторов и цепей на базе углеродных нанотрубок и оценить их возможности в законченных конструкциях электронных схем.
Посвященная этой работе статья “Интегральная логическая схема, собранная на единичной углеродной нанотрубке” опубликована в номере журнала Science за 24 марта. Авторы статьи - Чжихун Чэнь (Zhihong Chen), Йорг Аппенцеллер (Joerg Appenzeller), Ю-Мин Линь (Yu-Ming Lin), Пол Соломон (Paul Solomon) и Фидон Авурис (Phaedon Avouris) из Исследовательского центра IBM им. Т.Дж. Уотсона в Йорктаун-Хайтс, штат Нью-Йорк; Дженнифер Сиппел-Оукли (Jennifer Sippel-Oakley) и Эндрю Ринцлер (Andrew G. Rinzler) с физического факультета Университета Флориды в Генсвилле, штат Флорида; Цзиньяо Тан (Jinyao Tang) и Шалом Уинд (Shalom J. Wind ) с химического факультета и факультета прикладной физики и прикладной математики Колумбийского Университета в Нью-Йорке.
