Új technológiát fejlesztett ki az IBM nanocsövek gyártásához
Alig pár hónapja mutatta be nanocsöves technológiáját az IBM, a cég kutatói máris újabb áttörésről számolhatnak be. A karbon nanocsövek segítségével nagyobb teljesítményű processzorok, számítógépek építhetők, bár a technológia gyakorlati alkalmazása még a jövő zenéje.
Az új gyártási metódust a "Nano Letters" folyóirat októberi számában mutatták be az IBM kutatói. Az új technológia lehetővé teszi, hogy fém katalizátorok helyett szilíciumot használjanak a gyártás során, közölte Phaedon Avouris, az IBM nanotechnológiával foglalkozó részlegének vezetője. A szilícium alapú gyártás nagyobb nanocsövek készítését teszi lehetővé.
A karbon nanocsövek képviselik napjaink egyik vezető technológiáját, mely felválthatja a chipeken belüli vezetékeket és egyéb komponenseket. A létrehozott struktúra nem csak rendkívül jó elektromos jellemzőkkel bír, de rendkívül kis méretű, ami tranzisztorok milliárdjait jelentheti egyetlen chipben.
Mostanáig a nanocsöveket csak kis számban lehetett létrehozni a laboratóriumok mélyén. A nanocsövek gyártásához eddig nikkel, vas vagy kobalt katalizátorokat használtak. A folymat alatt a nanocsövekhez fématomok is csatlakoztak mágnesezhetővé téve azokat, ezért használhatatlanná váltak mint tranzisztorok. "Minden nanocső tartalmazott némi fémet" -- mondta Avouris. "A fém eltávolítása csak nitridekkel lehetséges, mely károsítja a nanocsöveket"
Az IBM technológiájával a nanocsövek károsodása elkerülhető. A kutatók szilícium és szén rétegekből álló kristályokat hevítettek 1650 fokra. Ezen a hőmérsékleten a szilícium elpárolog, a szénatomok pedig önmagukhoz kapcsolódnak, nanoméretű csöveket hozva létre.
A karbon nanocsövek atomi struktúrája ezután felhasználható processzorok gyártására, párhuzamos struktúrában pedig tranzisztorok létrehozása is lehetséges.
Avouris hozzátette: az IBM nem gyárt nanocsöveket. Ugyanakkor más cégek, mint a Carbon Nanotechnologies felhasználhatják a cég új fejlesztését kutatásaikban.
Az IBM nemrég jelentette be, hogy minden eddiginél nagyobb teljesítményű nanocsöves tranzisztort készített, és bebizonyította, hogy a karbon nanocsőnek (CNT) nevezett, szénatomokból készített, a hajszálnál ötvenezerszer vékonyabb cső alakú molekulák felül tudják múlni a napjainkban elérhető legkorszerűbb szilíciumos tranzisztorprototípusok teljesítményét.
"Annak bebizonyítása, hogy a karbon nanocsövek jobb teljesítményre képesek a szilícium tranzisztoroknál, kitárja a kaput a nanocsövek gyakorlati alkalmazhatóságára irányuló további kutatások előtt" -- mondta Dr. Phaedon Avouris, az IBM Research nanotudományos igazgatója. "A karbon nanocső volt már eddig is a legesélyesebb a szilícium felváltására, amire akkor kerül sor, ha a mostani chipek alkotóelemeit már nem lehet tovább kicsinyíteni. Ezt a fizikai korlátot várhatóan 10-15 éven belül fogjuk elérni."
Az IBM kutatói olyan egyfalú karbon nanocsöves térvezérlésű tranzisztorokat (single-wall carbon nanotube field-effect transistors, CNFET) készítettek, amelyek szerkezete hasonlít a hagyományos fémoxidos félvezető térvezérlésű tranzisztorok (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, MOSFET) szerkezetére, vagyis a vezető csatorna fölötti kapuelektródákat vékony szigetelő réteg választja el a csatornától. Ilyen készülékekkel vizsgálták a kaput a csatornától elválasztó réteg vékonyításával elért teljesítményjavulást.
A felső kapuval működő készülékek elektromos paraméterei kiválónak mutatkoztak: a küszöb alatti görbéjük meredek volt (ez jelzi, hogy milyen jól lehet a tranzisztort ki- és bekapcsolni), és kis feszültségen is nagy volt a transzkonduktanciájuk, ami jelentős fejlődést képvisel a korábban bemutatott CNFET tranzisztorokhoz képest, amelyek szilíciumréteget használtak kapuként, és vastag kapuszigetelést alkalmaztak. A kapu voltaképpen egy elektróda, amellyel szabályozható, hogy átfolyjon-e a készüléken az áram.
Ezenfelül az IBM kutatóinak p típusú (lyukkal, vagyis elektronhiánnyal vezető) és n típusú (elektronnal vezető) tranzisztort is sikerült készíteniük. A felső kapus kialakításnak köszönhetően a tranzisztorok kapuvezérlése függetleníthető egymástól, így egyszerűbb elrendezésű és kisebb fogyasztású CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor, komplementáris fémoxidos félvezető) áramkörök építhetők meg.
A hagyományos szilícium MOSFET tranzisztorokéhoz hasonló szerkezetű CNFET tranzisztorok létrehozása lehetővé tette, hogy a kutatócsoport összevesse a CNT és a szilícium tranzisztorokat. Általában elmondható, hogy az oxidréteg vékonyodásával és a csatorna rövidülésével javul a tranzisztor teljesítménye. Noha ez esetben még nem voltak optimalizálva a nanocsöves tranzisztorok, mégis felülmúlták a szilícium tranzisztorprototípusok teljesítményét.