Hiilinanoputkia ja grafeenia

06.09.2019

MIT-Nanotube-Transistors-300-t.jpgMIT:in insinöörit ovat rakentaneet mikroprosessorin hiilinanoputkisista kenttävaikutustransistoreista (kuvassa). Uusi toteutustapa käyttää samoja prosesseja kuin piisirujen valmistuksessa.

MIT:n tutkijainsinöörit ovat rakentaneet mikroprosessorin hiilinanoputkista samoilla valmistusprosesseilla, joita käytetään piisirulle.

Saavutus tarjoaa avaimen etenemiseen kohti seuraavan sukupolven tietokoneita. Tutkimusten mukaan hiilinanoputkisilla kenttävaikutustransistoreilla (CNFET) on ominaisuuksia, jotka lupaavat noin kymmenkertaisen energiatehokkuuden ja paljon suuremmat nopeudet kuin pii.

Mutta massavalmistukeen mitoitettuina transistoreissa on usein monia suorituskykyyn vaikuttavia vikoja, joten ne ovat olleet epäkäytännöllisiä.

MIT:n tutkijat ovat kehitelleet uusia tekniikoita virheiden dramaattiselle rajoittamiselle ja CNFET-valmistuksessa käytettävien toimintojen täydellisen hallinnan mahdollistamiseksi perinteisten piisiruvalmistuksen prosesseilla.

Todisteena he esittelivät 16-bittisen yli 14 000 CNFET:llä toteutetun mikroprosessorin, joka suorittaa samat tehtävät kuin kaupalliset mikroprosessorit. Se perustuu avoimen lähdekoodin RISC-V -arkkitehtuuriin.

"Tämä on ylivoimaisesti edistyksellisin siru, joka on valmistettu kaikista nousevista nanoteknologioista, jotka lupaavat korkean suorituskyvyn ja energiatehokkuuden tietotekniikkaan", julistaa apulaisprofessori Max M. Shulaker.

”Hiilinanoputkien ominaiset viat ovat olleet vuosien ajan kentän kirous”, Shulaker kertoo. Esimerkiksi Naturessa julkaistu tutkimuspaperi sisältää yli 70 sivua yksityiskohtaista valmistukseen liittyvää tietoa.

Kalifornian Santa Barbaran yliopiston (UCSB) Kaustav Banerjeen laboratorio on puolestaan voittanut itsepäisen esteen grafeenin laajalle käytölle puolijohdeteollisuudessa.

Grafeenin sähkövirran tiheys on suuruusluokkaa parempi kuin kuparin, ja se on vahvin, ohuin ja ylivoimaisesti luotettavin sähköä johtava materiaali planeetalla. Siksi se olisi erittäin lupaava materiaali mikropiirien sisäisiin johdotuksiin sillä kun kuparilangat kutistuvan nanomittoihin sen resistiivisyys lisääntyy.

Grafeenilla on potentiaalia ratkaista tämä ongelma mutta yksi tärkeä este on kuitenkin grafeenin käyttö piikiekolla kaupallisessa mittakaavassa. Oli löydettävä tapa syntetisoida grafeeni suoraan piikiekkoihin.

Kun mikropiirin transistorit on saatu aikaan, kiekon jatkoprosessilla on tiukka lämpöbudjetti (500 C°) mutta aiemmat kokeilut grafeenijohteiden tuottamiseksi vaativat sitä korkeampia lämpötiloja.

Nyt Banerjeen laboratoriossa kehitetty menetelmä korkean johtavuuden, nanometrin mittakaavassa seostettujen monikerroksisten grafeenisten (DMG) yhdysjohteiden toteuttamiseksi, jotka ovat yhteensopivia integroitujen piirien suuren volyymin valmistuksen kanssa.

"Koska prosessiimme sisältyy suhteellisen matalia lämpötiloja, jotka eivät aiheuta vaaraa muille sirulle valmistetuille elementeille, kuten transistoreille, voimme tehdä yhdysliitännät heti niiden päälle," toteaa Banerjee.

UCSB on jättänyt väliaikaisen patentin prosessille, jolla voitetaan esteet, jotka toistaiseksi ovat estäneet grafeenia korvaamasta kuparia.

Aiheista aiemmin:

3D-siru yhdistää prosessoinnin ja muistin

Hiilinanoputket koostuvat transistoreiksi

Integroitu piiri hiilinanoputkista

Induktanssi uusiksi

Integroituja piirejä grafeenista

20.11.2019Keinotekoiset lehdet tuottavat kaasua ja nesteitä
18.11.2019Fotonikytkin CMOS-piireille
15.11.2019Parempia langattomia anturitekniikoita
13.11.2019Uudenlaisia fotonisia nestekiteitä
12.11.2019Onnistumisia orgaanisissa
11.11.2019Kohti älykkäitä mikrorobotteja
09.11.2019Suomen suurin valtti kybersodassa on luottamus
08.11.2019Jäähdytystekniikkaa 3D-elektroniikalle vaikka avaruuteen
07.11.2019Uusia tiloja grafeenin taikakulmassa
06.11.2019Kohti antiferromagneettisia muisteja

Siirry arkistoon »