Sommige experts op het gebied van elektronica-engineering hebben gesuggereerd dat het gebruik van silicium complementaire metaaloxide halfgeleiders (CMOS) tegen het einde van 2020 snel zal afnemen. Ondanks hun voorspellingen, een klasse van alternatieve materialen die de rekenkracht van nieuwe apparaten effectief kunnen ondersteunen, terwijl het behoud van een goede energie-efficiëntie nog duidelijk moet worden vastgesteld.

De afgelopen jaren is onderzoekers hebben verschillende materialen voorgesteld die uiteindelijk de huidige CMOS-apparaten zouden kunnen vervangen. Enkele van de meest veelbelovende kandidaten zijn op koolstof nanobuisjes (CNT) gebaseerde elektronica, die kunnen worden vervaardigd met behulp van een verscheidenheid aan verschillende technieken.

Een team van onderzoekers van de Universiteit van Peking en de Universiteit van Xiangtan in China heeft onlangs een onderzoek uitgevoerd naar het potentieel van CNT-materialen voor het vervaardigen van elektronica. In hun krant gepubliceerd in Natuur Elektronica , de onderzoekers bespraken de ontwikkeling van op nanobuisjes gebaseerde CMOS-veldeffecttransistoren in de loop van de tijd, terwijl ook enkele van de CNT-materialen worden benadrukt die momenteel beschikbaar zijn voor elektronicafabrikanten.

"CNT is een ideaal elektronisch materiaal dat oplossingen biedt waar andere halfgeleiders fundamenteel falen, vooral wanneer geschaald naar de sub-10 nm dimensionale schaal, "Lianmao Peng, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde TechXplore. "In dit werk, we hebben aangetoond dat op CNT gebaseerde elektronica het potentieel heeft om die van siliciumtechnologie met een grote marge te overtreffen (experimenteel aangetoond met meer dan tien keer voordeel) en dat grootschalige geïntegreerde schakelingen (IC's) kunnen worden geconstrueerd met behulp van koolstofnanobuisjes."

De relevante fysieke parameters van CNT's, zoals hun structuur en elektronische eigenschappen, zijn inmiddels bekend in het vak. Om de potentiële beperkingen van CNT-materialen effectief te onderzoeken, Peng en zijn collega's Zhiyong Zhang en Chenguang Qiu analyseerden dus de prestaties en kwaliteiten van individuele CNT's, focussen op deze specifieke parameters.

"Onze resultaten laten zien dat op sub-10 nm technologieknooppunten, CNT-transistoren kunnen 3 keer sneller zijn, en 4 keer energiezuiniger dan hun silicium tegenhangers, " legde Peng uit. "We hebben aangetoond dat, zelfs met behulp van de zeer beperkte fabricagefaciliteit van de universiteit, we kunnen transistors fabriceren die vele malen beter presteren dan siliciumtransistors, wat aangeeft dat de chipindustrie nog vele decennia vooruit zou kunnen gaan met de huidige snelheid."

De studie uitgevoerd door Peng en zijn collega's levert verder bewijs dat suggereert dat CNT-transistors een levensvatbaar en wenselijk alternatief zijn voor de huidige silicium CMOS-apparaten. In hun analyses de onderzoekers benadrukten ook enkele van de voor- en nadelen van de tot nu toe ontwikkelde middelgrote geïntegreerde schakelingen, evenals de uitdagingen die momenteel een grootschalige implementatie ervan in de weg staan.

Volgens Peng en zijn collega's, het ontwikkelen van geïntegreerde schakelingen (IC's) met nieuwe 3D-chipstructuren zou de prestaties van CNT-materialen verder kunnen verbeteren, waardoor ze tot honderden keren krachtiger zijn. Hun analyses en eerdere bevindingen verzameld door andere onderzoeksteams duiden uiteindelijk op de mogelijkheid dat CNT-technologie de oplossing is om krachtigere en zeer energiezuinige chiptechnologie te leveren in het post-Moore-tijdperk.

"Direct, we kunnen weinig extreem krachtige transistors fabriceren op individuele CNT's, maar niet erg ingewikkelde IC's, ' zei Peng. 'Aan de andere kant, we kunnen op CNT gebaseerde IC's bouwen met meer dan 10k transistors in drie dimensies met behulp van CNT dunne film, maar met zeer beperkte prestaties. In de toekomst, we moeten de twee onderzoeksrichtingen combineren, het bouwen van hoogwaardige grootschalige IC's met behulp van CNT-films met prestaties die die van siliciumchiptechnologie overtreffen."

© 2019 Wetenschap X Netwerk