Въглеродни наноленти обещават по-бързи чипове

От доста време учените търсят с какво да заменят силиция в процесорите, тъй като през следващото десетилетие той няма да може да посрещне нуждите на Закона на Мур.

Химици от Станфорд разработиха нов метод за създаване на транзистори от въглеродни наноленти. Един ден технологията може да бъде интегрирана във високопроизводителни процесори, като по този начин ще увеличи тяхната скорост и ще генерира по-малко топлина.

Отделянето на голямо количество топлина може да увреди днешните, базирани на силиция чипове, когато транзисторите са подредени много близко един до друг, което ограничава плътността на чиповете.

За първи път екип от учени, воден от Хонджие Дай, Д. Г. Джаксън и професора по химия К. Д. Ууд, създаде транзистори с графен, наречени „field-effect transistors”, които могат да оперират при стайна температура. Графенът представлява форма на въглероден дериват на графита. Другите видове транзистори от графен, направени от по-широки наноленти, изискват много по-ниски температури за работа.

Предишните демонстрации на “field-effect” транзистори от графен са били извършвани само при температура, равна на тази на течния хелий, която е 4 келвина (-452 градуса по Фаренхайт или -269 градуса по Целзий), каза водещият изследовател в екипа Дай. Работата на неговата група е описана в статия, публикувана в онлайн версията на списанието Physical Review Letters от 23 май.

Екипът на Дай е успял да направи наноленти от графен с ширина по-малка от 10 нанометра, което им позволява да работят и при по-висока температура. Използвайки специален химичен процес, описан в броя на списание Science от 29 февруари, учените са създали нанотръби или ленти от въглерод, които са 50 000 пъти по-тънки от човешкия косъм, по-гладки и по-тесни от наноленти, правени посредством други методи.

“Field-effect” транзисторите са ключовият елемент в компютърните процесори и играят ролята на носачи на данни от едно място на друго. Те са съставени от полупроводников канал, който е хванат като сандвич между два метални електрода. При наличието на електрическо поле, заредена метална пластинка може да извлече положителни и отрицателни заряди навътре и навън от полупроводника. Това позволява електрическият поток или да премине, или да бъде блокиран, което от своя страна означава контрол на включването и изключването и следователно регулиране на потока от данни.

Специалистите в индустрията и изследователите предричат, че силициевите чипове ще достигнат своя максимум на намаляване на размера си през следващото десетилетие. Това ги подтиква към търсене на материали, които да заменят силиция, тъй като транзисторите ще продължават да се смаляват в съответствие със Закона на Мур (на всеки две години броят на транзисторите в процесорите се удвоява). Графенът е един от материалите, изучавани именно с цел някой ден да замени силиция.

Друг учен от Станфордския университет, асистент професорът по физика Дейвид Голдхабър-Гордън смята, че графенът може да допълни, но не и да замени силиция. Въпреки това, графенът ще спомогне за посрещане на нуждите за още по-малки транзистори и по-бързи процесори.

Ръководителят на екипа от учени Дай също вярва, че графенът може да бъде много полезен материал за бъдещата електроника, но същевременно не смята, че той ще замени силиция в скоро време. По-скоро този нов материал дава мотивация, отколкото да води към сигурни резултати.

Макар учените, включително и тези от екипа на Дай, да са доказали, че въглеродните наноканали надминават два пъти по скорост силиция, то не всички канали, които могат да имат диаметър от 1 нанометър, са полупроводникови. В зависимост от своята структура, някои въглеродни тръбички сe “раждат” метални, а други – полупроводникови. Металните обаче никога не могат да бъдат изключени и действат като електрически къси съединения, което представлява сериозен проблем, обяснява Дай.

От друга страна, екипът на Дай демонстрира, че всички тесни наноленти от графен, създадени чрез новаторския химически метод, са полупроводници. Ето защо структурата на атомно ниво е от изключително значение.