Undersøgelse fremhæver potentialet ved nanorørs digital elektronik

Nogle eksperter inden for elektronikteknik har foreslået, at brugen af ​​silicium komplementære metal-oxid-halvledere (CMOS) vil begynde at falde hurtigt ved udgangen af ​​2020. På trods af deres forudsigelser, en klasse af alternative materialer, der effektivt kan opretholde nye enheders regnekraft, samtidig med at opretholdelse af en god energieffektivitet er endnu ikke klarlagt.

I løbet af de sidste par år, forskere har foreslået flere materialer, der i sidste ende kan erstatte nuværende CMOS-enheder. Nogle af de mest lovende kandidater er carbon nanorør (CNT)-baseret elektronik, som kan fremstilles ved hjælp af en række forskellige teknikker.

Et team af forskere ved Peking University og Xiangtan University i Kina har for nylig udført en undersøgelse, der undersøger potentialet af CNT-materialer til fremstilling af elektronik. I deres papir, udgivet i Naturelektronik , forskerne diskuterede udviklingen af ​​nanorør-baserede CMOS-felteffekttransistorer over tid, samtidig med at fremhæve nogle af de CNT-materialer, der i øjeblikket er tilgængelige for elektronikproducenter.

"CNT er et ideelt elektronisk materiale, der tilbyder løsninger, hvor andre halvledere fundamentalt fejler, især når den skaleres til den sub-10 nm dimensionelle skala, " Lianmao Peng, en af ​​de forskere, der har udført undersøgelsen, fortalte TechXplore. "I dette arbejde, vi demonstrerede, at CNT-baseret elektronik har potentialet til at overgå siliciumteknologiens med en stor margin (eksperimentelt demonstreret over ti gange fordel), og at storskala integrerede kredsløb (IC'er) kan konstrueres ved hjælp af kulstofnanorør."

De relevante fysiske parametre for CNT'er, såsom deres struktur og elektroniske egenskaber, er nu kendte på området. For effektivt at undersøge de potentielle begrænsninger af CNT -materialer, Peng og hans kolleger Zhiyong Zhang og Chenguang Qiu analyserede således ydelsen og kvaliteterne ved individuelle CNT'er, med fokus på disse specifikke parametre.

"Vores resultater viser, at ved sub-10 nm teknologiknuder, CNT-transistorer kan være 3 gange hurtigere, og 4 gange mere energieffektive end deres siliciummodstykker, " forklarede Peng. "Vi demonstrerede, at selv ved at bruge den meget begrænsede universitetsfabrikationsfacilitet, vi kan fremstille transistorer, der overgår siliciumtransistorer mange gange, indikerer, at chipindustrien kunne gå videre med den nuværende hastighed i mange flere årtier."

Undersøgelsen udført af Peng og hans kolleger giver yderligere beviser, der tyder på, at CNT-transistorer er et levedygtigt og ønskværdigt alternativ til nuværende silicium CMOS-enheder. I deres analyser, forskerne fremhævede også nogle af fordelene og ulemperne ved de mellemstore integrerede kredsløb, der er blevet udviklet til dato, samt de udfordringer, der i øjeblikket forhindrer deres storstilede implementering.

Ifølge Peng og hans kolleger, udvikling af integrerede kredsløb (IC'er) med nye 3-D-chipstrukturer kan forbedre ydeevnen af ​​CNT-materialer yderligere, gør dem op til hundredvis af gange stærkere. Deres analyser og tidligere resultater indsamlet af andre forskerhold antyder i sidste ende muligheden for, at CNT-teknologi er løsningen til at levere mere kraftfuld og meget energieffektiv chipteknologi i tiden efter Moore.

"Lige nu, vi kan fremstille få ekstremt kraftige transistorer på individuelle CNT'er, men ikke særlig komplicerede IC'er, " sagde Peng. "På den anden side, vi kan bygge CNT-baserede IC'er med over 10k transistorer i tre dimensioner ved hjælp af CNT tynd film, men med meget begrænset ydeevne. I fremtiden, vi er nødt til at kombinere de to forskningsretninger, bygning af højtydende storskala IC'er ved hjælp af CNT-film med ydeevne, der overstiger siliciumchipteknologien."

© 2019 Science X Network