Ученые доказали: углеродные нанотрубки применимы в реальных устройствах
 Один из участников исследовательской группы в лаборатории. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
В последние годы кремниевые транзисторы быстро приближаются к фундаментальному пределу своих размеров. Эффекты короткого канала, а также постоянный рост плотности мощности чипа способен остановить тенденцию постоянного уменьшения размеров транзисторов, описанную известным «Законом Мура». К счастью, существует альтернатива – использование иных материалов в основе транзисторов. Один из таких перспективных материалов – углеродные нанотрубки.
Углеродные нанотрубки позволяют контролировать эффекты короткого канала. Кроме того, они отличаются низким сопротивлением соединения с металлическими контактами и особенностями транспорта заряда, которые позволяют существенно снизить энергопотребление при той же плотности тока. Однако до сих пор наблюдаются проблемы с однородностью устройств на основе нанотрубок.
Целью исследования группы ученых из IBM была разработка практических аспектов применения транзисторов на основе углеродных нанотрубок, которые могли бы заменить кремний в следующих поколениях высокопроизводительных микропроцессорных чипов. В конечном счете ученые планируют интегрировать миллиарды транзисторов на основе нанотрубок в функциональных схемах. Для этого необходимо достичь высокой однородности транзисторов, чтобы они могли работать совместно при одном и том же напряжении. Опубликованная американскими учеными в журнале ACS Nano работа показывает, что нестабильность устройств порождается не самими углеродными нанотрубками, а применяемыми методиками их производства. Таким образом, она может быть уменьшена путем улучшения процессов осаждения и использования иных диэлектрических материалов.
В рамках своей работы исследователи изготовили сотни полевых транзисторов закрытого типа, каждый из которых был сформирован из однослойной нанотрубки с нанесенным покрытием HfO2 толщиной около 10 нм, выполнявшим роль затвора. Систематические эксперименты с этими устройствами позволили определить степень их изменчивости друг относительно друга. Измерения также подтвердили, что вариации диаметра углеродных нанотрубок не являются основным источником нестабильности характеристик при производстве подобных устройств.
Далее научная группа построила пары устройств, в которых те же нанотрубки использовались в качестве канала обоих транзисторов. Наблюдения за работой таких парных структур показали, что нестабильность случайна, а значит, скорее связана с материалом, нежели с применяемым процессом. Дальнейший анализ показал, что основным «подозреваемым» являются захваченные заряды на границе оксида с воздухом. Таким образом, проблемы напрямую не связаны с нанотрубками, и потенциально можно разработать процесс изготовления транзисторов, в результате которого будут формироваться устройства с более стабильными характеристиками.
Как отмечают ученые, полученные ими результаты доказывают, что практическое использование нанотрубок вполне реально. Однако для перехода к коммерциализации технологии необходимо уменьшить нестабильность устройств еще в несколько раз. Ученые полагают, что нестабильность может быть уменьшена за счет лучшего контроля источников нанотрубок и процессов осаждения.
В ближайшем будущем команда планирует выяснить, откуда на границе оксида и воздуха появляются упомянутые заряды. Вероятно, они даже смогут их устранить.
Также по теме:
- Наноструктуры позволяют усовершенствовать легкую керамику
- Нитрид бора позволяет «укрепить» графен
- Углеродные нанотрубки позволяют повысить скорость работы транзисторов
- Плазма позволяет управлять структурой поверхности нитрида бора
- Гибкие FinFET могут работать при высоких температурах
Источники: