IBM продлевает жизнь закону Мура

Команда из Центра исследований IBM Watson разработала метод подсоединения металлических контактов к углеродным нанотрубкам, который позволит продолжить процесс миниатюризации транзисторов.
Как известно, графен хорошо проводит электричество, однако не имеет запрещенной зоны, поэтому из него невозможно изготовить транзистор. Однако запрещенная зона возникает при сворачивании графена в нанотрубку.

Углеродные нанотрубки проводят электричество намного лучше, чем кремний, и что более важно, они потребляют при этом меньше энергии. Плюс, при толщине немногим больше 1 нм они значительно тоньше, чем современный кремний, обеспечивая хорошее электростатическое управление. До сегодняшнего времени проблема заключалась в том, как образовать высококачественные контакты между металлическими электродами и углеродными трубками.

В любом транзисторе масштабируются две вещи: канал и два контакта. Именно на контактах, где сосредоточено сопротивление нанотрубки, теряется производительность. Особенно, когда каналы начинают уменьшаться и сопротивления канала становится все менее и менее важным. По существу, ток не может течь в канале эффективно при приближении к атомным размерам.

Доктор Цин Цао (Qing Cao) и другие сотрудники команды разработали способ, как на атомном уровне подсоединить металлический молибден к концам углеродных нанотрубок, образовав карбид (карбиды – соединения металлов и неметаллов с углеродом). Ранее была возможность только поместить металл непосредственно поверх всей нанотрубки. Сопротивление становилось слишком большим, как только команда достигала размеров около 20 нм. Но приваривание металла к концам нанотрубок обладает уникальной особенностью для углеродных нанотрубок из-за их одномерной структуры и пониженным сопротивлением вплоть до контактов длиной 9 нм. Ключом к прорыву было сокращение размера контактов без увеличения электрического сопротивления, которое снижает производительность. До недавнего времени уменьшение размера контактов устройства вызывало соразмерное падение производительности.

      Изображение масштабирования новых контактов, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа

Следующий шаг, по словам команды, заключается в том, чтобы смасштабировать углеродный нанотрубочный транзистор на пластину. Задача двояка: она включает в себя, как ориентировать и поместить эти одномерные пространственные структуры из раствора на пластину, а также, как их очистить (исходный раствор имеет около 1/3 металлических трубок, которые не являются полезными для транзисторов и должны быть удалены).

Команда разработала для углеродных нанотрубок способ самоорганизовываться и связываться со специальными молекулами на пластине. Следующая задача – увеличить плотность размещения этих нанотрубок, (до 10 нм друг от друга) и воспроизвести их по всей пластине.

В перспективе чипы на разработанных углеродных нанотрубках могут заменить кремний для обычных вычислительных целей. Лучшие транзисторы могут предложить более высокую скорость, потребляя при этом меньше энергии. Кроме того, углеродные нанотрубки являются гибкими и прозрачными. Они могут быть использованы в футуристических приложениях "за пределами закона Мура", таких как гибкая и растягиваемая электроника или встроенные носимые датчики, которые присоединяются к коже.

Изображение новой структуры контакта с нанотрубкой, полученное с помощью трансмиссионного электронного микроскопа

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365