8-битная шина данных на углеродных нанотрубках
Микросхема шины, масштаб 50 нм (белая полоска), изображение со сканирующего электронного микроскопаФизики считают, что кремниевая электроника приближается к теоретическому лимиту миниатюризации и достигнет максимума своих возможностей примерно к 2020 году. Поэтому нужно рассматривать альтернативные технологии, чтобы закон Мура продолжил своё действие. Один из вариантов — изготовлять полевые транзисторы (FET) непосредственно на углеродных нанотрубках (CNT).
Прогресс в этой области идёт медленно, но верно. В 1998 был изготовлен первый транзистор на CNT, в сентябре 2013 года удалось сконструировать первый процессор из углеродных нанотрубок, а сейчас учёные создали 8-битную шину данных нанометрового размера. Конструкция состоит из 46 транзисторов на 6 CNT. Шину выбрали в качестве демонстрации нового метода модульной сборки, который можно применять и для более сложных микросхем.Научная работа опубликована в журнале Nano Letters 5 мая 2014 года (зеркало).
Авторы научной работы изготовили 8-битную шину в качестве примера того, что можно делать интегральные схемы из многих полевых транзисторов на CNT. Пример наглядный, потому что такая шина широко используется для передачи данных в компьютерах. По словам авторов исследования, это самая сложная интегральная схема на CNT, созданная на сегодняшний день.
Наиболее актуальная проблема при создании таких конструкций — отбор подходящих нанотрубок из неидеального материала, доступного при нынешнем уровне развития технологий. Все нанотрубки отличаются друг от друга, поэтому очень сложно использовать более одной CNT на каждой схеме. Здесь же учёным из Пекинского университета удалось использовать сразу шесть, хотя если свойства отдельных CNT отличаются.
Их решение — применение модульного подхода, когда при составлении схемы используются отдельные модули, построенные на двух нанотрубках с разными свойствами.
Восьмитранзисторный модуль на двух нанотрубках (пунктирные линии) с разными свойствами, масштаб 100 нм
Восьмитранзисторный модуль отлично выравнивает свойства нанотрубок. Тесты показали, что шина из 46 FET на 6 CNT передаёт стабильный сигнал, несмотря на его прохождение через каскад из 7 логических вентилей.
Тесты показали, что транзисторы на нанотрубках работают примерно в пять (n-type FET) или десять (p-type FET) раз быстрее, чем кремниевые FET аналогичного размера.
Учёные намерены использовать описанный модульный дизайн для создания гораздо более сложных микросхем, которые будут меньше, быстрее и энергоэффективнее, чем кремниевые, смогут работать при экстремально низких температурах (например, в открытом космосе) и одновременно выдерживать высокие температуры, не требуя активного охлаждения. Возможно, они даже будут биосоместимыми.
