Hiilinanoputkia ja grafeenia

MIT: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