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IBM-Forscher Demonstrieren Neues Konzept zur Kohlenstoff-Nanotechnologie

Published on October 29, 2012 at 5:53 AM

IBM-Wissenschaftler haben ein neues Konzept zur Kohlenstoffnanotechnologie, die den Pfad für Handelsfälschung von drastisch kleinerem erschließen, schneller und leistungsfähigere Computerchips demonstriert.

IBM-Forscher nähern sich Handelsfälschung von Kohlenstoff nanotubes, möglicherweise folgendem Silikon und mit dem Ergebnis kleineren schneller leistungsfähigere Computerchips. (PRNewsFoto/IBM)

Zum ersten Mal sind mehr als die Zehntausendarbeitstransistoren, die von den Nano--groß Gefäßen des Kohlenstoffes hergestellt werden, genau in einem einzelnen Chip unter Verwendung der Standardhalbleiterprozesse gelegt worden und geprüft worden. Diese Kohlenstoffeinheiten werden balanciert, um Silikontechnologie auszutauschen und an Leistung zu übertreffen, weitere Miniaturisierung von Datenverarbeitungsbauteilen erlaubend und die Methode für zukünftige Mikroelektronik führend.

Geholfen durch schnelle Innovation in vier Jahrzehnten, ist SilikonMikroprozessorentechnologie fortwährend an Größe geschrumpft und verbessert in der Leistung, dadurch sie treibt sie die Informationstechnologiedrehbewegung. Silikontransistoren, kleine Schalter, die Informationen über ein Chip tragen, sind kleiner Jahr für Jahr hergestellt worden, aber sie nähern sich einem Punkt der körperlichen Beschränkung. Ihre in zunehmendem Maße kleinen Abmessungen, das nanoscale jetzt erreichend, verbieten alle mögliche Verstärkungen in der Leistung wegen der Beschaffenheit des Silikons und der Gesetze von Physik. Innerhalb einiger mehr Generationen erbringen klassische Skalierung und Schrumpfung nicht mehr den beträchtlichen Nutzen von unteren Leistungs-, preiswerteren und höherendrehzahlprozessoren, die die Industrie sich an gewöhnt hat.

Kohlenstoff nanotubes stellen eine neue Klasse Halbleitermaterialien, deren elektrische Eigenschaften attraktiver als Silikon sind, besonders für aufbauende nanoscale Transistoreinheiten dar, die einige zehn Atome herüber sind. Elektronen in den Kohlenstofftransistoren können einfacheres als in den Silikon-basierten Einheiten verschieben, zulassend schnelleren Transport von Daten. Die nanotubes werden auch ideal für Transistoren an der Atomschuppe, ein Vorteil über Silikon geformt. Diese Qualitäten gehören zu den Gründen, den traditionellen Silikontransistor durch Kohlenstoff zu ersetzen - und verbunden mit neuer Chip-Entwurf Architektur - dürfen Innovation auf einer Miniaturschuppe während der Zukunft berechnen.

Der Anflug, der an IBM-Labors entwickelt wird, ebnet die Methode für Schaltungsfälschung mit vielen Kohlenstoff nanotube Transistoren in vorbestimmten Substratflächenstellungen. Die Fähigkeit, Halbleiter-nanotubes zu trennen und einen High-density von Kohlenstoffeinheiten auf einen Wafer zu legen ist entscheidend, ihre Eignung für eine Technologie einzuschätzen - schließlich sind mehr als ein Milliarde Transistoren für zukünftige Integration in Handelschips erforderlich. Bis jetzt sind Wissenschaftler in der Lage gewesen, einige hundert Kohlenstoff nanotube Einheiten auf einmal, nicht fast genug zu den Tastenadressepunkten für kommerzielle Anwendungen höchstens zu legen.

„Kohlenstoff nanotubes, getragen aus Chemie heraus, sind in großem Maße Laborkuriositäten gewesen, insoweit Mikroelektronische Anwendungen. Wir versuchen die ersten Schritte hin zu einer Technologie, indem wir Kohlenstoff nanotube Transistoren innerhalb einer herkömmlichen Waferherstellungsinfrastruktur fabrizieren,“ sagte Supratik Guha, Direktor von Körperlichen Wissenschaften an IBM-Forschung. „Die Motivation, zum an Kohlenstoff nanotube Transistoren zu arbeiten ist die an extrem kleinen nanoscale Abmessungen, sie an Leistung übertreffen die Transistoren, die von sonstigem Material hergestellt werden. Jedoch, gibt es die Herausforderungen, zum sich wie ultra hoher Reinheitsgrad der Kohlenstoff nanotubes zu wenden und von Platzierung am nanoscale zu überlegen. Wir haben gemacht beträchtliche Schritte in beiden.“

Ursprünglich studiert für die Physik, die aus ihren Atomabmessungen und Formen sich ergibt, werden Kohlenstoff nanotubes von den Wissenschaftlern weltweit in den Anwendungen erforscht, die integrierte Schaltungen, Energiespeicher und -umwandlung, Biomedicalermittlen und DNA-Sequenzierung überspannen.

Diese Leistung wurde heute in der Gleich-wiederholten Zapfen Natur-Nanotechnologie veröffentlicht.

Die Strecke zum Kohlenstoff

Kohlenstoff, von dem ein leicht verfügbares grundlegendes Element Kristalle so hart, wie Diamanten und so weich, wie das „Leitungskabel“ in einem Bleistift gemacht werden, weit reichende IT-Anwendungen hat.

Kohlenstoff nanotubes sind die einzelnen Atomblätter des Kohlenstoffes gerollt oben in ein Gefäß. Das Kohlenstoff nanotube bildet den Kern einer Transistoreinheit, die auf eine Form arbeitet, die dem aktuellen Silikontransistor ähnlich ist, aber wird gut funktionierender sein. Sie konnten verwendet werden, um die Transistoren in den Chips auszutauschen, die unsere Daten-knirschenden Servers, Ausführungscomputer des Hochs und ultraschnellen intelligenten Telefone anschalten.

Anfang des Jahres demonstrierten IBM-Forscher Kohlenstoff nanotube Transistoren können als ausgezeichnete Schalter an den molekularen Abmessungen von weniger als zehn nm bedienen - das Äquivalent zu 10.000mal dünner als ein Strang des Menschenhaars und kleiner als Hälfte Größe der führenden Silikontechnologie. Die Umfassende Formung der elektronischen Schaltungen schlägt vor, dass eine ungefähr Leistungssteigerung mit fünf bis zehnmal, die mit Silikonschaltungen verglichen wird, möglich ist.

Es gibt praktische Herausforderungen, damit Kohlenstoff nanotubes vornehmlich eine Handelstechnologie werden, wie früher erwähnt, wegen der Reinheit und der Platzierung der Einheiten. Kohlenstoff nanotubes kommen natürlich als Mischung von metallischen und Halbleiterspezies und müssen auf die Waferoberfläche tadellos gelegt werden, um elektronische Schaltungen herzustellen. Für Einheitsoperation nur die Halbleiterart von Gefäßen ist nützlich, die im Wesentlichen kompletten Ausbau von den metallischen benötigt, Fehler in den Schaltungen zu verhindern. Auch damit Integration des großen Umfangs geschieht, ist es kritisch, in der Lage zu sein, die Ausrichtung und den Einbauort von Kohlenstoff nanotube Einheiten auf einer Substratfläche zu steuern.

Um diese Sperren auszugleichen, entwickelten IBM-Forscher eine neue Methode, die auf Ionenaustauschchemie basierte die genaue und esteuerte Platzierung von ausgerichteten Kohlenstoff nanotubes auf einer Substratfläche an einem High-density - zwei Größenordnungen größere als vorhergehende Experimente erlaubt und die esteuerte Platzierung von einzelnen nanotubes mit einer Dichte von ungefähr Milliarde pro Quadratzentimeter aktiviert.

Der Prozess beginnt mit Kohlenstoff nanotubes, die mit einem Tensid, eine Art Seife gemischt werden, die sie löslich im Wasser macht. Eine Substratfläche wird von zwei Oxiden mit den Gräben enthalten, die von chemisch-geändertem Hafniumoxid gemacht werden (HfO2) und dem Rest des Siliziumoxids (SiO2). Die Substratfläche erhält in der Kohlenstoff nanotube Lösung und in der nanotubes Befestigung über eine chemische Bindung zu den Regionen HfO2 untergetaucht, während der Rest der Oberfläche sauber bleibt.

Indem sie Chemie kombinieren, Sachkenntnis, IBM-Forscher sind aufzubereiten und die Technik in der Lage, mehr als Zehntausendtransistoren auf einem einzelnen Chip zu fabrizieren.

Außerdem ist schnelle Prüfung von Tausenden Einheiten unter Verwendung der Großserienkennzeichnungshilfsmittel wegen der Kompatibilität zu den Standardhandelsprozessen möglich.

Da diese neue Platzierungstechnik betriebsbereit eingeführt werden kann, geläufige Chemikalien und vorhandene Halbleiterfälschung mit einbeziehend, lässt sie die Industrie mit Kohlenstoff nanotubes an einer größeren Schuppe arbeiten und weitere Innovation für Kohlenstoffelektronik entbinden.

Quelle: Volumen

Last Update: 29. October 2012 06:30

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