Компьютер на углеродных нанотрубках
Сделан важный шаг :::Первые трехмерные схемы на основе углеродных нанотрубок, созданные учеными из Стэнфордского университета (Stanford University), могут стать очень важным шагом в создании компьютеров на нанотрубках — намного более быстрых и менее энергоемких, чем современные компьютеры на кремниевых микросхемах. Компьютерам на нанотрубках уже, как минимум, десять лет, но стэнфордским исследователям удалось преодолеть еще один важный этап, создав не плоские, а многоуровневые интегральные схемы. Многоуровневость позволяет сосредоточить на той же площади большую процессорную мощность и упростить отвод тепла.
Компьютер на углеродных нанотрубках. Сделан важный шагПоследние исследования компании IBM показали, что при равных затратах энергии схема на углеродных нанотрубках работает впятеро быстрее, чем кремниевая схема. «Мы можем делать кремниевые транзисторы все меньше и меньше, но исключительно малые размеры уже не дают желаемой производительности», пишет Чэнь Чжихун (Zhihong Chen), директор отдела углеродных технологий Уотсоновского исследовательского центра IBM (Watson Research Center). «Именно поэтому мы обращаемся к новым материалам».
Хотя в лабораторных условиях уже довольно давно удавалось создавать одиночные транзисторы на основе нанотрубок, создание из них сложных интегральных схем было затруднительно — трудно контролировать качество каждой отдельной нанотрубки. Однако разработка стэнфордских ученых, представленная на прошлой неделе на конференции International Electron Devices Meeting 2009 в Балтиморе, делает возможным создание весьма сложных схем на нанотрубках.
«Когда мы работаем с большим количеством нанокомпонент, нельзя поручиться за их всеобщую безупречность», отмечает Х.-С. Филип Вонг (H.-S. Philip Wong), профессор электротехники в Стэнфордском университете. Когда ученые выращивают нанотрубки для создания схем, они получают множество как искомых полупроводящих нанотрубок, так и металлических, которые могут вызвать короткое замыкание, если их не удалить. Некоторые нанотрубки — прямые, некоторые — изогнутые, и от последних тоже приходится избавляться. Пока химики продолжают работать над методами выращивания чистых и прямых нанотрубок, основной задачей стэнфордских исследователей, по словам Вонга, являлась не ликвидация дефектов как таковых, а снижение их влияния при сохранении работоспособности схемы.
Ее решение лежит в учете ограничений материалов в устройстве схемы. «Мы должны были найти способ включать в схему металлические нанотрубки так, чтобы они не вызывали проблем», пишет Субхасиш Митра (Subhasish Mitra), профессор электротехники и информатики в Стэнфордском университете. Стэнфордская группа создала сначала то, что Митра называет «тупой» схемой: методом штамповки ученые создали на кремниевой подложке плоское, выровненное построение углеродных нанотрубок, выращенных на кристалле кварце. На поверхности кремниевой подложки, между кремнием и нанотрубками, создавался проводящий слой, используемый как тыловой затвор — он позволяет отключать полупроводящие нанотрубки, прежде чем их сожжет электрический разряд с металлических нанотрубок. Сверху настилался верхний затвор, причем таким образом, чтобы он не контактировал с трубками неправильной формы. Наконец, схема протравлялась — удалялись металлические электроды, не нужные в финальном варианте схемы.
Для создания трехмерной схемы исследователи просто повторяли процессы штамповки и выращивания электродов уровень за уровнем, создавая перед финальным протравливанием схему из необходимого количества уровней. Процесс штамповки, продемонстрированный стэнфордской группой еще в 2008 году, позволяет легко создавать многоуровневые структуры при низких температурах, не опасаясь расплавить металлические контакты на лежащих ниже уровнях.
В настоящий момент стэнфордская группа работает над созданием еще более сложных интегральных схем. «Пока речь только о сложности, никаких фундаментальных ограничений нет», говорит Митра. Остаются, однако, ограничения, связанные с материалами. Стэнфордские схемы на нанотрубках — одни из самых плотных в мире, от пяти до десяти нанотрубок на микрометр, но этого мало. «Для по-настоящему хорошей производительности нам нужна плотность в 100 нанотрубок на микрометр», — говорит Вонг.
Наука 21 век
