مع الكمبيوتر بشكل كامل في عهد نانومتر، اكتشف المهندسين الذي يريد أن يتبع قانون مور أصبح من الصعب على نحو متزايد.

في عام 1965، قدم مؤسس شركة إنتل غوردون مور مقترح "قانون مور" أي أن عدد الترانزستورات على الدوائر المتكاملة التي يمكن استيعابها وسوف تضاعف تقريبا كل 1-2 سنوات، كما سيتم مضاعفة الأداء.

خمسين سنة، كان قانون مور فعالة، ولكن التوقعات الحالية هو أن هذه الصناعة، وفي اليوم التالي 10-15 سنة، ثلاث مرات أثناء الترقية التكنولوجيا، وعملية تصنيع رقاقة سوف تصل إلى 5 نانومتر، وهذا يعني أن طول الترانزستور بوابة واحدة 10 سيكون فقط من حجم ذرات . على هذا الأساس، والاستمرار في كسر يكاد يكون من المستحيل - الترانزستور من الناحية الفنية، لا يمكنك إنشاء حجم ذري واحد.

الباحثون FIG شو تصور تخطيطي المفاهيمي من الترانزستور ذرة واحدة

وبالإضافة إلى ذلك، منذ الأخذ بعين الاعتبار تكاليف الإنتاج، والشركات المصنعة لم يعد لدينا ستقوم على مواصلة تحسين عملية التكنولوجيا لأن رقاقة الحالي الحوسبة الطاقة لتلبية الاحتياجات الأساسية. في الواقع، كان هذا الاتجاه الحالي في سوق رقاقة التناظرية، العديد من الشركات لا تزال تستخدم التناظرية تكنولوجيا رقاقة قبل خمس سنوات لانتاج المنتجات.

وعلاوة على ذلك، جهاز محمول مثل رقاقة واي فاي المستخدمة في تقنية التصنيع 28nm غير كافية جيدة، على الاطلاق لا حاجة إلى إنفاق مبالغ كبيرة من تمويل البحث والتطوير للترقية إلى 10 نانومتر CMOS (مكمل معدن أكسيد أشباه الموصلات) عملية.

بسبب من هذه الأسباب، اسمحوا التصريحات الأخيرة حول قانون مور على وشك أن تفشل أكثر وأكثر شعبية. استخدام خمسين عاما من CMOS الترانزستور عملية التصنيع القائمة على السيليكون، إذا لم تتمكن من العثور على بديل قابل للتطبيق في المستقبل، ونحن قد تواجه حقا عنق الزجاجة من قوة الحوسبة.

ولكن، من المتوقع أن المجتمع العلمي والصناعة على الأقل أيضا أن تكون الفترة عنق الزجاجة يقترب، ولكن أيضا محاولة لايجاد سبل مختلفة لجعل قانون مور لا تزال صالحة.

هذه المرة، ووجد الباحثون من IBM شريحة جديدة تصنيع التكنولوجيا والمواد وتصنيع الترانزستور لم يعد يستخدم السيليكون، ولكن أنابيب الكربون النانوية ! تم الإعلان عن نتائج البحوث، أصدرت "العلم" مجلة وثيقة حتى الموقع الرسمي: IBM العلماء بناء أصغر الترانزستورات في العالم على أساس أنابيب الكربون النانوية، هو "وادي السيليكون" سوف تصبح في نهاية المطاف "وادي الكربون"؟

خريطة | 'أو وادي السيليكون "سوف تصبح في نهاية المطاف" وادي الكربون "؟

عنوان ون يصلح! باحثون من IBM أعلنت للتو طريقة الترانزستور تلفيق جديد: باستخدام أنابيب الكربون النانوية لتحل محل التقليدية تكنولوجيا CMOS القائمة على السيليكون، بعنوان " الترانزستورات أنابيب الكربون تحجيمها إلى بصمة 40 نانومتر "كما تم نشر هذه الدراسة في العدد الصادر اليوم من مجلة" العلوم ".

في الواقع، كان العلماء الترانزستورات أنابيب الكربون الجارية الاستكشاف - هذا هو قطرها نانومتر 1 فقط، أو من البليون من المتر أنبوبي الكريستال النانو الجرافيت.

ومع ذلك، واستخدام الأنابيب النانوية الكربونية لاستبدال الترانزستور التقليدية القائمة على السيليكون الصعوبة الكبرى هي، لتحقيق الخصائص المطلوبة، الأنابيب النانوية الكربونية قطر مستعرضة لتصل إلى نحو 100 نانومتر، من التيار وهو الترانزستورات السيليكون أكبر من ذلك بكثير.

أنابيب الكربون النانوية الشكل شو

من أجل الحد من هذا الرقم، وفريق البحث من مركز IBM توماس واطسون بحوث استخدام تكنولوجيا جديدة لبناء تدفق الحالية وتدفق الأنابيب النانوية الكربونية الاتصالات - معدن الموليبدينوم متصلة مباشرة إلى نهايات أنابيب الكربون، مما يقلل من حجم.

كما أنها إضافة الكوبالت، وذلك أن مثل هذا الاتصال في انخفاض درجة الحرارة نافذة المفعول. مبدأ بسيط جدا، وذلك بسبب التمدد الحراري والانكماش يمكن أن تقلل من الفجوة بين الاتصالات درجات الحرارة المنخفضة.

ويتناول الدراسة أيضا قضية مهمة، هذه هي الطريقة لنقل بما فيه الكفاية بين الاتصال الحالية . يحل الباحثين توضع هذه المشكلة في عدد من أسلاك من أنابيب الكربون النانوية في موازاة بين الترانزستورات المجاورة.

وأخيرا، يتم ضغط مجال دبوس الترانزستور بأكمله إلى 40 نانومتر مربع. وقد أصبح هذا الرقم القياسي الجديد ل "الدولية للتكنولوجيا أشباه الموصلات خارطة الطريق" (التكنولوجيا خارطة الطريق الدولية لأشباه الموصلات، ITRS) على مدى العقد الماضي.

وفي اختبارات لاحقة تظهر فريق البحث IBM وضع الترانزستورات أنابيب الكربون أسرع من سرعة الحالية السيليكون الترانزستور، وارتفاع كفاءة !

الشكل شو ITRS هي منظمة تصنيع الجمعيات الوطنية والإقليمية الممولة من قبل خمسة الرائدة في العالم أشباه الموصلات، وأحدث تقرير بحثي لها، ومواصلة تقليص والترانزستورات تبدأ المحطة في 2021. المنحنى الأزرق هو توقعات عام 2013، والمنحنى الأحمر هو أحدث توقعات لعام 2015.

ويمكن تخفيض الترانزستور إلى مثل هذا الحجم الصغير، وذلك بفضل بدلا من السيليكون كقناة بين الترانزستور أنابيب الكربون . سوف سمك الأنابيب النانوية الكربونية فقط 1 نانومتر في السمك بحيث الحقل الكهربائي لديه ميزة كبيرة، والسماح للجهاز للحد من طول البوابة إلى 10 نانومتر، وليس قضية الآثار قناة قصيرة إلى الآثار السلبية لأداء الجهاز.

وبالإضافة إلى ذلك، هناك ميزة أخرى هي أن الأنابيب النانوية لديه سرعة نقل أسرع الإلكترونية، وهو أمر ضروري بلا شك لتعزيز أداء الجهاز.

وعلاوة على ذلك، مفتاح آخر هو استخدام الترانزستور المنمنمة "اتصال نقطة النهاية" . عموما، الجزء المعدني هو العمودية المواد الترانزستور لاصقة على طول الجسم من الترانزستورات أشباه الموصلات، مما أدى إلى جزء الترابط وطويلة. وانضمت طول هذا الجزء نهاية تكنولوجيا العرض IBM يمكن توصيل حتى أن الترانزستور تقلص إلى حد كبير: وخفضت من 300 نانومتر إلى 10 نانومتر فقط، دون زيادة المقاومة.

FIG شو نموذج الجهاز باستخدام أنابيب الكربون النانوية

لضمان موثوقية الجهاز والباحثين IBM أيضا يتم عضوا معدنية من أنابيب الكربون النانوية واختبار الاستقرار الحراري رد الفعل من الكربون. ثم، وأيضا لضمان نقطة النهاية قد تكون لا تزال على اتصال في درجة حرارة منخفضة بما فيه الكفاية للحفاظ على هندسة الجهاز.

ومع ذلك، لضمان اتصال مستقرة في حالة درجة حرارة منخفضة وأيضا مشكلة، وجد الباحثون أنه بعد المحاكمة، سبيكة الكوبالت والموليبدنوم ومزايا غير متوقعة في الرابطة من أنابيب الكربون النانوية:

في جانب واحد، وسبائك الموليبدينوم لضمان الاستقرار الحراري، ومن ناحية أخرى، يلعب العامل المحفز الكوبالت للاتصال في درجات حرارة منخفضة نسبيا. الخصائص المشتركة للالمعدنين، الأنابيب النانوية الكربونية 650 درجة مئوية لتجنب ازمة للالرابطة المعدنية.

وIBM المؤلف المشارك للدراسة نشرت في مجلة "العلوم"، مركز أبحاث واتسون IBM، ولكن أيضا 2016 "MIT تقنية مراجعة"، "الابتكار السنوي 35 سنة من العمر 35" (MIT TR35) الفائز تساو (تشينغ تساو) تمثيل : "استخدام تحقيق انخفاض وظيفة عمل المعدنية في اتصال مع جزء نهاية أنابيب من الصعب جدا، ومع ذلك، قمنا بتطوير عدد من العمليات المنشطات قناة فعالة من الأنابيب النانوية، وذلك حتى في حالة عمل عالية وظيفة المعدنية في اتصال مع جزء نهاية. ، وتشغيل ن قناة (ن قناة) الأجهزة يمكن أيضا أن تتحقق ".

مركز الشكل شو IBM واتسون للأبحاث، الفائزين MIT TR35 من تساو

وعلى الرغم، من خلال المنشطات حققت العملية جهاز قناة ن، هناك العديد من المجالات التي تحتاج إلى تحسين، ولكن الجهاز لديه هيكل أعلى بوابة مزايا غير متوقعة. مقارنة مع هيكل بوابة القاع، وهيكل الجهاز أعلى بوابة الترانزستورات السيليكون المستخدمة حاليا على اتصال بين الأجهزة المعقدة أسهل، ولكن أيضا لتحقيق أعلى جهاز كثافة التكامل.

لذلك، بالإضافة إلى الكوبالت الموليبدينوم سبائك الأنابيب النانوية مرور تنتهي الاتصال، الجزء العلوي من الأنابيب النانوية أيضا مغطاة بطبقة رقيقة جدا أكسيد عازلة عالية كطبقة عازلة البوابة وجود بوابة رأس المعادن .

وFIG مخطط التكوين مجهرية أنابيب الكربون النانوية الفردية الترانزستور شو

وبطبيعة الحال، كتكنولوجيا جديدة، اعترف تساو أيضا، قبل تسويق عالية الأداء تكنولوجيا أنابيب تصبح حقا الترانزستور المنطق، هناك بعض الجوانب من مشاكل عملية التصنيع لحلها .

وقال تساو، التحدي الرئيسي المرحلة هو استقرار للجهاز، ولكن في النهاية الفريق يأمل مليارات أنابيب الترانزستور إلى الدوائر المتكاملة وظيفية. للقيام بذلك، يحتاج الفريق لضمان الاتساق جيدة بين الترانزستور لتحقيق في الجهد نفسه، يمكن لجميع الترانزستورات تعمل بشكل صحيح.

FIG شو السيليكون التقليدية تصنيع أشباه الموصلات العمليات والبوابات المنطقية خطوة التخميل

رغم أنه في السنوات القليلة الماضية، تم تحسين نقاء الأنابيب النانوية شبه الموصلة بشكل ملحوظ، بعد أن ارتفع نقاء energization كشف ل 99.999 أعلاه، ولكن عملية تصنيع يتطلب أكثر استقرارا وأكثر موحدة، والتي يمكن ضمان موثوقية الإنتاج المستقبل كتلة.