Fyrre-seks transistorer konstrueret på seks CNT'er er den mest komplicerede enhed af sin art til dato

(Phys.org)-Da siliciumbaseret elektronik forudsiges at nå deres absolutte grænser for ydeevne omkring 2020, nye teknologier er blevet foreslået for at fortsætte tendensen i miniaturisering af elektroniske enheder. En af disse fremgangsmåder består i at konstruere felt-effekt-transistorer (FET'er) direkte på carbon nanorør (CNT'er). De resulterende enheder er på skalaen på blot nanometer, selvom deres fremstilling stadig er en udfordring.

Nu i et nyt papir udgivet i Nano bogstaver , forskere Tian Pei, et al., ved Peking University i Beijing, Kina, har udviklet en modulær metode til konstruktion af komplicerede integrerede kredsløb (IC'er) fremstillet af mange FET'er på individuelle CNT'er. At demonstrere, de konstruerede et 8-bit BUS-system-et kredsløb, der er meget udbredt til overførsel af data i computere-der indeholder 46 FET'er på seks CNT'er. Dette er den mest komplicerede CNT IC fremstillet til dato, og fremstillingsprocessen forventes at føre til endnu mere komplekse kredsløb.

Lige siden den første CNT FET blev fremstillet i 1998, forskere har arbejdet på at forbedre CNT-baseret elektronik. Som forskerne forklarer i deres papir, halvledende CNT'er er lovende kandidater til udskiftning af siliciumledninger, fordi de er tyndere, hvilket giver et bedre nedskalingspotentiale, og også fordi de har en højere transportørmobilitet, resulterer i højere driftshastigheder.

Alligevel står CNT-baseret elektronik stadig over for udfordringer. En af de mest betydningsfulde udfordringer er at få arrays af halvledende CNT'er, mens de mindre egnede metalliske CNT'er fjernes. Selvom forskere har udtænkt en række forskellige måder at adskille halvledende og metalliske CNT'er på, disse metoder resulterer næsten altid i beskadigede halvledende CNT'er med forringet ydeevne.

For at komme uden om dette problem, forskere bygger normalt IC'er på enkelte CNT'er, som kan vælges individuelt baseret på deres tilstand. Det er svært at bruge mere end én CNT, fordi ingen er ens:de har hver især lidt forskellige diametre og egenskaber, der påvirker ydeevnen. Imidlertid, ved hjælp af kun én CNT begrænser kompleksiteten af ​​disse enheder til simpel logik og aritmetiske porte.

I den nye undersøgelse, forskerne fra Peking University viste, at det er muligt effektivt at bygge komplekse IC'er på flere CNT'er, selvom CNT'erne har forskellige egenskaber. De gjorde dette ved hjælp af en modulær tilgang, hvor grundmodulet er en otte-transistor (8-T) enhed bygget på to CNT'er med forskellige elektroniske egenskaber. 8-T-enheden viser fremragende tolerance over for ejendomsforskellen mellem CNT'erne og kan bruges som en byggesten til at fremstille 8-bits BUS-systemet, som indeholder 46 FET'er på seks CNT'er. Test viste, at 8-bit BUS-systemet opretholder et stærkt signal, selvom det passerer gennem syv kaskadende logiske porte.

Som forskerne forklarer, metoden er især værdifuld nu, fordi den giver mulighed for at undersøge ydelsesgrænserne for CNT IC'er, mens de materielle problemer stadig er løst.

"Dette arbejde har fastsat en generel måde at konstruere komplicerede integrerede kredsløb ved hjælp af i øjeblikket ikke-perfekte carbon nanorørmaterialer, som (i modsætning til silicium) er endimensionelle og forskellige fra hinanden, "Lian-Mao Peng, Professor ved Peking University og medforfatter af det nye papir, fortalt Phys.org .

8-T-enheden kan bruges som den grundlæggende byggesten i en række andre IC'er end BUS-systemer, gør denne modulære metode til en universel og effektiv måde at konstruere storskala CNT IC'er på. Bygger på deres tidligere forskning, forskerne håber at udforske disse muligheder i fremtiden.

"I vores tidligere arbejde, vi viste, at en carbon-nanorørbaseret felt-effekt-transistor er omkring fem (n-type FET) til ti (p-type FET) gange hurtigere end dens silicium-modstykker, men bruger meget mindre energi, omkring et par procent af siliciumtransistorer af lignende størrelse, "Sagde Peng.

"I fremtiden, Vi planlægger at konstruere store integrerede kredsløb, der overgår siliciumbaserede systemer. Disse kredsløb er hurtigere, mindre, og bruger meget mindre strøm. De kan også arbejde ved ekstremt lave temperaturer (f.eks. i rummet) og moderat høje temperaturer (muligvis ikke et kølesystem påkrævet), på fleksible og gennemsigtige underlag, og potentielt være biokompatibel. "

© 2014 Phys.org