Forskare vid IBM Labs meddelar att de har utvecklat ett nytt sätt för tillverkning av kolnanorör som uppges öppna vägen för kommersiell tillverkning av dramatiskt mindre, snabbare och mer kraftfulla datorchips. För första gången har mer än tiotusen transistorer tillverkade av nanometerstora kolrör testats i ett enda chip, tillverkad i vanliga halvledarprocesser.

SEM-avbildning av kolnanorör som deponeras på ett dike belagd av hafniumoxid (HfO2)
Bild: IBM

Dessa kolbaserade enheter är redo att ersätta och överträffa kiseltekniken och som möjliggör en ytterligare miniatyrisering av datorkomponenter och ploga vägen för framtida mikroelektronik, enligt IBM Labs.

Med hjälp av innovationer under fyra decennier har mikroprocessortekniken i kisel krympt kontinuerligt i storlek och förbättrats i prestanda, vilket driver på revolutionen inom informationsteknik. Kiseltransistorer, små switchar som bär information på ett chip, har gjorts mindre år efter år, men de närmar sig en punkt av fysisk begränsning. Deras allt mindre dimensioner som nu når nanoskalan kommer att förhindra alla vinster i prestanda på grund av typen av kisel och fysikens lagar. Inom ett par generationer kommer klassisk skalning och krympningen inte längre ger de betydande fördelar med lägre effekt, lägre kostnad och högre processorhastighet som industrin har blivit van vid.

För att övervinna dessa hinder uppges forskare vid IBM utvecklat en ny metod baserad på ”jonbyteskemi” som möjliggör exakt och kontrollerad placering av kolnanorör på ett substrat med hög densitet – två storleksordningar bättre än tidigare försök, för en kontrollerad placeringen av enskilda nanorör med en densitet på cirka en miljard per kvadratcentimeter.

Kolnanorör representerar en ny klass av halvledarmaterial vars elektriska egenskaper är mer attraktiva än kisel, särskilt för att bygga nanoskala transistorers som mäter ett tiotal atomer. Elektroner i koltransistorer kan röra sig lättare än i kiselbaserade enheter och möjliggör snabbare transport av data. Nanorör är också perfekt utformade för transistorer på atomnivå, vilket är en fördel jämfört med kisel. Dessa egenskaper finns bland de skäl att ersätta den traditionella kiseltransistorn med kol och, tillsammans med nya chiparkitekturutformningar, medför det nya datorinnovationer på en miniatyrskala i framtiden, enligt IBM.

Den strategi som utarbetats på IBM Labs uppges bana väg för kretstillverkning med ett stort antal kolnanotransistorer på förutbestämda substratpositioner. Förmågan att isolera halvledande nanorör och placera dem i en hög täthet på en wafer är avgörande för att bedöma deras lämplighet för tekniken. Så småningom kommer över en miljard transistor att behövas för framtida integration i kommersiella produkter. Fram tills nu har forskare kunnat placera högst ett par hundra enheter nanorör i taget, inte alls tillräckligt för kommersiella tillämpningar.

– Kolnanorör har i stort sett varit laboratoriumkuriosa när det gäller mikroelektroniska applikationer. Vi försöker ta de första stegen mot en teknik via tillverkning av nanorörstransistorer i en konventionell wafer tillverkningsinfrastruktur  Motivationen att arbeta med kolnanorörstransistorer är att vid extremt små dimensioner i nanoskalan överträffar de transistorer som är tillverkade av något annat material. Men det finns utmaningar att ta itu med såsom. ultrahög renhet hos kolnanorör och avsiktlig placering på nanonivå. Vi har gjort betydande framsteg inom dessa båda, säger Director of Physical Sciences vid IBM Research i ett pressmeddelande.

Filed under: Utländsk Teknik