На протяжении десятилетий ученые пытались использовать уникальные свойства углеродных нанотрубок для создания высокоэффективной электроники. Исследователи добиваются того, чтобы такая электроника работала быстрее при меньшем энергопотреблении, что позволило бы повысить производительность устройств и время их автономной работы от аккумуляторов.

Но есть целый ряд сложностей, препятствующих созданию высокоэффективных транзисторов на углеродных нанотрубках — крошечных цилиндрах, стенки которых состоят из атомов углерода. И лишь недавно ученым из университета Висконсина-Мадисона (University of Wisconsin-Madison) впервые удалось создать нанотрубочные транзисторы, которые по некоторым параметрам превосходят кремниевые аналоги. Транзисторы на основе углеродных нанотрубок были созданы группой, возглавляемой профессорами Майклом Арнольдом и Падмой Гопалан. Во время испытаний они смогли пропустить электрический ток, в 1,9 раза больший, нежели способны проводить схожие по длине канала, размерам и другим параметрам кремниевые транзисторы.

Для создания транзисторов нового поколения специалисты разработали механизм получения абсолютно чистых нанотрубок. Для этого их пришлось расположить на специальной подложке с определённым количеством каналов, заполненных полимерами. Изготовленные в ходе этого процесса транзисторы проходили очистку в вакууме для удаления изолирующего слоя между нанотрубками и электродами. Исследователи проводили эксперименты с кремниевыми подложками размерами 1×1 дюйм, а в ближайшее время они начнут адаптировать разработанные ими технологии и методы для работы с 300-мм промышленными подложками.

Тем временем компания IBM сообщила о том, что ей удалось создать однокристальные схемы, на которых присутствовали более десяти тысяч нанотрубочных транзисторов. При этом вендор использовал стандартные технологии производства полупроводников. До последнего времени ученым удавалось точно разместить на поверхности кристалла микросхемы всего несколько сотен нанотрубок, чего явно недостаточно для реализации сложных электронных схем современных микропроцессоров.

Для преодоления этой проблемы ученым IBM пришлось разработать новый метод, основанный на химии ионного обмена. С помощью такого метода удалось выровнять и упорядоченно расположить углеродные нанотрубки на поверхности кристалла, при этом плотность размещения нанотрубок на два порядка превысила значение, достигнутое ранее. На одном квадратном сантиметре поверхности кристалла было размещено около миллиарда углеродных нанотрубок, которые являются активными элементами транзисторов нового типа. Если ученым удастся адаптировать созданную ими технологию для массового производства, то в будущем компьютеры станут не только мощнее, но и меньше.

Помимо создания однокристальных систем нанотранзисторы смогут работать в модулях памяти. На днях компании Fujitsu Semiconductor и Mie Fujitsu Semiconductor сообщили, что они приобрели лицензию на разработку и коммерческий выпуск энергонезависимой памяти на углеродных нанотрубках — NRAM. Для её производства будет задействован техпроцесс с нормами 55 нм с последующим переходом на 40-нм нормы производства. На втором этапе Fujitsu приступит к производству самостоятельных микросхем NRAM, после чего следует ожидать появления соответствующих энергонезависимых модулей памяти и твердотельных накопителей.

Ряд свойств NRAM позволяет ожидать, что в будущем этот тип памяти может заменить как флеш-память, так и оперативную память DRAM. Время доступа к ячейке NRAM во время записи составляет всего 5 нс, а время ее переключения и того меньше — 20 пс. Устойчивость к износу у NRAM просто колоссальная — ячейка на углеродных трубках выдерживает сотни миллиардов циклов перезаписи.

Версия для печати (без изображений)