IBM Research heeft vandaag een belangrijke technische doorbraak aangekondigd die koolstofnanobuisjes zou kunnen versnellen die siliciumtransistors vervangen om toekomstige computertechnologieën aan te drijven.

IBM-wetenschappers demonstreerden een nieuwe manier om transistorcontacten te verkleinen zonder de prestaties van koolstofnanobuisjes te verminderen, een weg openen naar drastisch snellere, kleinere en krachtigere computerchips die de mogelijkheden van traditionele halfgeleiders te boven gaan. De resultaten zullen worden gerapporteerd in het nummer van 2 oktober van Wetenschap .

De doorbraak van IBM overwint een grote hindernis waarmee silicium en alle halfgeleidertransistortechnologieën worden geconfronteerd bij het verkleinen. In elke transistor, twee dingen schalen:het kanaal en zijn twee contacten. Naarmate apparaten kleiner worden, verhoogde contactweerstand voor koolstofnanobuisjes heeft tot nu toe de prestatiewinst belemmerd. Deze resultaten kunnen uitdagingen op het gebied van contactweerstand overwinnen tot aan het knooppunt van 1,8 nanometer - vier technologiegeneraties verderop.

Koolstof nanobuischips kunnen de mogelijkheden van krachtige computers aanzienlijk verbeteren, waardoor Big Data sneller kan worden geanalyseerd, het vergroten van het vermogen en de levensduur van de batterij van mobiele apparaten en het internet der dingen, en waardoor clouddatacenters diensten efficiënter en voordeliger kunnen leveren.

Silicium transistoren, kleine schakelaars die informatie op een chip dragen, jaar na jaar kleiner zijn gemaakt, maar ze naderen een punt van fysieke beperking. Nu de wet van Moore opraakt, het verkleinen van de transistor - inclusief de kanalen en contacten - zonder afbreuk te doen aan de prestaties is al tientallen jaren een vervelende uitdaging die onderzoekers verontrust.

IBM heeft eerder aangetoond dat koolstofnanobuistransistors als uitstekende schakelaars kunnen werken bij kanaalafmetingen van minder dan tien nanometer - het equivalent van 10, 000 keer dunner dan een lok mensenhaar en minder dan de helft van de grootte van de huidige toonaangevende siliciumtechnologie. IBM's nieuwe contactbenadering overwint de andere grote hindernis bij het opnemen van koolstofnanobuizen in halfgeleiderapparaten, wat zou kunnen resulteren in kleinere chips met betere prestaties en een lager stroomverbruik.

Eerder deze zomer, IBM onthulde de eerste 7 nanometer node silicium testchip, de grenzen van siliciumtechnologieën verleggen en zorgen voor verdere innovaties voor IBM Systems en de IT-industrie. Door het onderzoek naar koolstofnanobuizen te bevorderen om traditionele siliciumapparaten te vervangen, IBM maakt de weg vrij voor een post-siliciumtoekomst en levert de in juli 2014 aangekondigde investering van $ 3 miljard in R&D-chips.

"Deze chipinnovaties zijn nodig om te voldoen aan de opkomende eisen van cloud computing, Internet of Things en Big Data-systemen, " zei Dario Gil, vice-president Wetenschap &Technologie bij IBM Research. "Naarmate de siliciumtechnologie zijn fysieke grenzen nadert, nieuwe materialen, apparaten en circuitarchitecturen moeten klaar zijn om de geavanceerde technologieën te leveren die nodig zijn in het Cognitive Computing-tijdperk. Deze doorbraak laat zien dat computerchips gemaakt van koolstofnanobuisjes sneller in staat zullen zijn om systemen van de toekomst van stroom te voorzien dan de industrie had verwacht."

Een nieuw contact voor koolstofnanobuisjes

Koolstofnanobuisjes vertegenwoordigen een nieuwe klasse van halfgeleidermaterialen die bestaan ​​uit enkele atomaire lagen koolstof die tot een buis zijn opgerold. De koolstofnanobuizen vormen de kern van een transistorapparaat waarvan de superieure elektrische eigenschappen verschillende generaties technologie beloven die de fysieke grenzen van silicium overschrijden.

Elektronen in koolstoftransistors kunnen gemakkelijker bewegen dan in op silicium gebaseerde apparaten, en het ultradunne lichaam van koolstofnanobuisjes biedt extra voordelen op atomaire schaal. Binnen een chip, contacten zijn de kleppen die de stroom van elektronen van metaal naar de kanalen van een halfgeleider regelen. Naarmate transistors kleiner worden, elektrische weerstand neemt toe in de contacten, wat de prestaties belemmert. Tot nu, het verkleinen van de contacten op een apparaat veroorzaakte een evenredige daling van de prestaties - een uitdaging voor zowel silicium- als koolstofnanobuistransistortechnologieën.

IBM-onderzoekers moesten afzien van traditionele contactschema's en bedachten een metallurgisch proces dat lijkt op microscopisch lassen dat de metaalatomen chemisch bindt aan de koolstofatomen aan de uiteinden van nanobuisjes. Met dit 'end-bonded contact-schema' kunnen de contacten worden verkleind tot minder dan 10 nanometer zonder de prestaties van de koolstofnanobuisjes te verslechteren.

"Voor elke geavanceerde transistortechnologie, de toename van de contactweerstand als gevolg van de afname van de grootte van de transistors wordt een belangrijk knelpunt in de prestaties, " Gil toegevoegd. "Onze nieuwe benadering is om het contact te maken vanaf het uiteinde van de koolstofnanobuis, die we laten zien, verslechtert de apparaatprestaties niet. Dit brengt ons een stap dichter bij het doel van een koolstofnanobuistechnologie binnen het decennium."