(Phys.org) —Aangezien op silicium gebaseerde elektronica naar verwachting rond 2020 hun absolute prestatielimieten zal bereiken, nieuwe technologieën zijn voorgesteld om de trend in de miniaturisering van elektronische apparaten voort te zetten. Een van deze benaderingen bestaat uit het direct construeren van veldeffecttransistoren (FET's) op koolstofnanobuizen (CNT's). De resulterende apparaten zijn op de schaal van slechts nanometers, hoewel hun fabricage nog steeds een uitdaging is.

Nu in een nieuw artikel gepubliceerd in Nano-letters , onderzoekers Tian Pei, et al., aan de Peking Universiteit in Peking, China, hebben een modulaire methode ontwikkeld voor het construeren van gecompliceerde geïntegreerde schakelingen (IC's) gemaakt van vele FET's op individuele CNT's. Laten zien, ze bouwden een 8-bits BUS-systeem - een circuit dat veel wordt gebruikt voor het overbrengen van gegevens in computers - dat 46 FET's op zes CNT's bevat. Dit is de meest gecompliceerde CNT IC die tot nu toe is gefabriceerd, en het fabricageproces zal naar verwachting leiden tot nog complexere circuits.

Sinds de eerste CNT FET in 1998 werd gefabriceerd, onderzoekers hebben gewerkt aan het verbeteren van op CNT gebaseerde elektronica. Zoals de wetenschappers in hun paper uitleggen, halfgeleidende CNT's zijn veelbelovende kandidaten voor het vervangen van siliciumdraden omdat ze dunner zijn, die een beter afslankpotentieel biedt, en ook omdat ze een hogere dragermobiliteit hebben, wat resulteert in hogere werksnelheden.

Toch staat op CNT gebaseerde elektronica nog steeds voor uitdagingen. Een van de belangrijkste uitdagingen is het verkrijgen van arrays van halfgeleidende CNT's terwijl de minder geschikte metalen CNT's worden verwijderd. Hoewel wetenschappers verschillende manieren hebben bedacht om halfgeleidende en metalen CNT's te scheiden, deze methoden resulteren bijna altijd in beschadigde halfgeleidende CNT's met verminderde prestaties.

Om dit probleem te omzeilen, onderzoekers bouwen meestal IC's op enkele CNT's, die individueel kunnen worden geselecteerd op basis van hun toestand. Het is moeilijk om meer dan één CNT te gebruiken, omdat er geen twee hetzelfde zijn:ze hebben elk een iets andere diameter en eigenschappen die de prestaties beïnvloeden. Echter, het gebruik van slechts één CNT beperkt de complexiteit van deze apparaten tot eenvoudige logische en rekenkundige poorten.

In de nieuwe studie de onderzoekers van de Universiteit van Peking hebben aangetoond dat het mogelijk is om complexe IC's efficiënt te bouwen op meerdere CNT's, ook al hebben de CNT's verschillende eigenschappen. Dit deden ze met een modulaire aanpak, waarbij de basismodule een acht-transistor (8-T) -eenheid is die is gebouwd op twee CNT's met verschillende elektronische eigenschappen. De 8-T-eenheid vertoont een uitstekende tolerantie voor het eigenschapsverschil tussen de CNT's en kan worden gebruikt als een bouwsteen om het 8-bits BUS-systeem te fabriceren, die 46 FET's op zes CNT's bevat. Tests toonden aan dat het 8-bits BUS-systeem een ​​sterk signaal handhaaft, zelfs als het door zeven trapsgewijze logische poorten gaat.

Zoals de onderzoekers uitleggen, de methode is nu bijzonder waardevol omdat het de mogelijkheid biedt om de prestatielimieten van CNT IC's te onderzoeken terwijl de materiële problemen nog worden opgelost.

"Dit werk heeft een algemene manier ontwikkeld om gecompliceerde geïntegreerde schakelingen te construeren met behulp van momenteel niet-perfecte koolstofnanobuisjes, die (in tegenstelling tot silicium) eendimensionaal zijn en van elkaar verschillen, "Lian-Mao Peng, Professor aan de Universiteit van Peking en co-auteur van het nieuwe artikel, vertelde Phys.org .

De 8-T-eenheid kan worden gebruikt als de basisbouwsteen van een verscheidenheid aan IC's anders dan BUS-systemen, waardoor deze modulaire methode een universele en efficiënte manier is om grootschalige CNT IC's te bouwen. Voortbouwend op hun eerdere onderzoek, de wetenschappers hopen deze mogelijkheden in de toekomst te verkennen.

"In ons eerdere werk, we hebben aangetoond dat een op koolstof nanobuisjes gebaseerde veldeffecttransistor ongeveer vijf (n-type FET) tot tien (p-type FET) keer sneller is dan zijn siliciumtegenhangers, maar verbruikt veel minder energie, ongeveer een paar procent van die van siliciumtransistors van vergelijkbare grootte, ' zei Peng.

"In de toekomst, we zijn van plan grootschalige geïntegreerde schakelingen te bouwen die beter presteren dan op silicium gebaseerde systemen. Deze circuits zijn sneller, kleiner, en verbruiken veel minder stroom. Ze kunnen ook werken bij extreem lage temperaturen (bijv. in de ruimte) en matig hoge temperaturen (mogelijk geen koelsysteem vereist), op flexibele en transparante ondergronden, en mogelijk biocompatibel zijn."

© 2014 Fys.org