Пресс-релизы

8 ноября 2012 г

IBM стремится к коммерческому производству углеродных нанотрубок

Ученые корпорации IBM (NYSE:IBM) продемонстрировали новый подход к углеродным нанотехнологиям, который открывает возможности для коммерческого производства гораздо более компактных, более быстрых и более мощных компьютерных чипов. Впервые свыше 10 тыс. рабочих транзисторов, созданных на основе наноразмерных углеродных трубок, были размещены и протестированы в одном чипе с использованием стандартных полупроводниковых технологических процессов. Эти углеродные устройства готовы заменить – и превзойти – свои кремниевые аналоги, давая возможность осуществить дальнейшую миниатюризацию компьютерных компонентов, тем самым управляя развитием микроэлектроники.

Кремниевая микропроцессорная техника благодаря стремительному прогрессу и непрерывным инновациям на протяжении почти 40 лет постоянно уменьшилась в размерах и повышала свою производительность, стимулируя в свою очередь революционное развитие информационных технологий. Кремниевые транзисторы – крошечные коммутаторы, обеспечивающие передачу информации в чипе, – с каждым годом становились все меньше, вплотную приближаясь к физическому переделу микроминиатюризации. Сверхмалые размеры кремниевых элементов, в настоящее время достигшие наномасштаба, начинают препятствовать повышению производительности из-за структуры кремния и по законам физики. В течение нескольких ближайших этапов классического уменьшения технологических норм потенциал в дальнейшем снижении энергопотребления, уменьшении себестоимости и повышенном быстродействии процессоров будет полностью исчерпан.

Углеродные нанотрубки представляют собой новый класс полупроводниковых материалов, электрические свойства которых являются более перспективными, чем у кремния, в частности для создания наноразмерных транзисторных элементов, состоящих в сечении всего из несколько атомов. Электроны в углеродных транзисторах могут перемещаться с большей легкостью, чем в кремниевых устройствах, что позволяет быстрее передавать данные. Нанотрубки также идеально подходят по форме для транзисторов на атомарном уровне, что также является преимуществом по сравнению с кремнием. Все эти свойства служат причиной для замены традиционного кремниевого транзистора углеродным и в сочетании с новыми архитектурными решениями чипа предполагают возможности для будущих инноваций в области микроэлектроники на наноразмерном уровне.

Подход, разработанный в исследовательской лаборатории IBM, открывает путь к производству чипов с большим числом транзисторов из углеродных нанотрубок, размещенных точно в заданных позициях подложки. Способность к обеспечению диэлектрической изоляции в полупроводниковых нанотрубках и к размещению углеродных микроустройств на пластине с высокой плотностью компонования имеет решающее значение при оценке их технологической пригодности – со временем для интеграции в одну коммерческую микросхему понадобится более миллиарда транзисторов. До сих пор, однако, ученым удавалось размещать не более нескольких сотен устройств из углеродных нанотрубок одновременно, чего явно недостаточно при решении ключевых проблем в коммерческом применении.

Углеродные нанотрубки, первоначально исследовавшиеся физиками благодаря их атомарным размерам и формам, сегодня изучаются учеными во всем мире на предмет прикладного применения в областях, охватывающих интегральные микросхемы, системы хранения и преобразования энергии, биомедицинские датчики и методы по секвенцированию ДНК.

Путь к применению углерода

Углерод – легкодоступный основной химический элемент, кристаллы которого такие же твердые, как и в алмазе, и который в то же время столь мягок и пластичен, что из него делают грифели для карандашей. Он обладает реальным потенциалом в широком и разнообразном применении в сфере информационных технологий.

Углеродные нанотрубки представляют собой своего рода листы углерода толщиной в несколько атомов, свернутые в трубку. Углеродные нанотрубки формируют основу транзисторного элемента, который по принципу функционирования схож с современным кремниевым транзистором. Транзисторы на углеродных трубках могут заменить кремниевые транзисторы в микросхемах, применяемых в перегруженных данными серверах, в высокопроизводительных компьютерах и на сверхбыстрых смартфонах.

Ранее исследователи IBM уже продемонстрировали, что транзисторы на углеродных нанотрубках могут работать как великолепные микропереключатели (коммутаторы) на молекулярном уровне. Они в размерном масштабе – не более 10 нм, т. е. в 10 тыс. раз тоньше человеческого волоса, и составляют менее половины от лучшей на сегодняшний день технологической нормы кремниевого полупроводникового производства. Всестороннее моделирование электронных схем позволяет предположить, что возможно улучшение производительности по сравнению с кремниевыми электронными схемами приблизительно в 5-10 раз.

Существует ряд практических проблем, возникающих при применении углеродных нанотрубок в коммерческом производственном процессе и связанных с химической чистотой вещества и размещением углеродных транзисторных элементов на подложке. Углеродные нанотрубки в своей природе сочетают в большей или меньшей степени металлические и полупроводниковые признаки, и, кроме того, их необходимо точно позиционировать на кристаллической пластине при формировании электронных схем. Для функционирования устройства пригодны только трубки с полупроводниковой природой, что требует практически полного удаления трубок с признаками классического металла с целью предотвращения ошибок в цепях. Кроме того, для достижения высокого уровня интеграции чрезвычайно важна способность контролировать точное позиционирование элементов электронных схем из углеродных нанотрубок на подложке.

Для решения этих проблем ученые IBM разработали новый метод, основанный на ионообменной химии, который позволяет осуществлять точное и контролируемое размещение углеродных нанотрубок на подложке при высокой плотности компонования – на два порядка выше, чем при предыдущих экспериментах. Теперь отдельные нанотрубки можно с контролируемой точностью позиционировать на кристалле чипа с показателем плотности около миллиарда на 1 кв. см.

Процесс начинается со смешивания углеродных нанотрубок с поверхностно-активным веществом – своего рода мылом, которое делает их растворимыми в воде. Подложка состоит из двух оксидов: химически модифицированного оксида гафния, формирующего канавки на пластине, и оксида кремния, составляющего остальную часть пластины. Подложка погружается в раствор углеродных нанотрубок, и нанотрубки химически связываются с зонами оксида гафния, в то время как остальная часть поверхности пластины остается чистой.

Опираясь на объединенный научный и инженерно-технический опыт, исследователи IBM сегодня в состоянии сформировать более 10 тыс. транзисторов на углеродных нанотрубках на одном чипе.

Более того, возможно быстрое экспресс-тестирование тысяч полупроводниковых углеродных наноустройств с использованием широкого спектра существующих инструментов для определения характеристик благодаря совместимости стандартных коммерческих процессов.

Поскольку эта методика размещения элементов на подложке может быть с легкостью реализована при использовании обычных химических веществ и существующего полупроводникового техпроцесса, это дает отрасли возможность работать с углеродными нанотрубками в гораздо большем масштабе и создавать новые инновации для углеродной микроэлектроники.

Дополнительную информацию можно получить на веб-сайте: research.ibm.com.

версия для печати

SMS

Сообщите коллегам о последних новостях, пресс-релизах и сведениях из Каталога компаний через наш SMS-гейт.

Смотрите также

17 октября 2013 г

 • В Киеве завершился Международный научно-технологический форум «Наука. Инновации. Технологии – 2013»
 • Впервые в Киеве будет проведен глобальный курс для начинающих предпринимателей Earlydays

16 октября 2013 г

 • Украинские предприниматели выходят на международный рынок с помощью Windows Azure
 • Бионические разработки Festo – инвестиции в будущее

15 октября 2013 г

 • Компании тратят $1,5 млн в год на покупку поддельных наклеек на компьютеры

11 октября 2013 г

 • Відбувся 4-й Український форум з управління Інтернетом IGF-UA
 • В Киеве прошла Региональная конференция ENOG 6/RIPE NCC
 • Графические процессоры ускоряют пошив плаща-невидимки
 • Mail.Ru Group оштрафовали за отказ нарушить тайну переписки
 • Количество Android-смартфонов в сети «Киевстар» превысило 2 млн