Вуглець замість кремнію

В корпорації IBM оголосили про серйозне досягнення на шляху до створення мікросхем наступного покоління, в яких замість кремнію буде використовуватися щось інше.

В рамках здійснюваних в IBM досліджень в області вуглецевих нанотрубок був відкритий новий спосіб точного розміщення їх на підкладках у великих кількостях. Новий метод розглядається як один із способів продовжувати збільшення щільності мікросхем після того будуть досягнуті природні обмеження нинішньої кремнієвої технології.

У IBM добилися можливості розміщення понад 10 тис. транзисторів з вуглецевих нанотрубок в одному чіпі — це на два порядки більше, ніж це було можливо до цих пір. У порівнянні з щільністю нинішніх кремнієвих мікросхем це все ще дуже мало — в чіпах сучасних настільних комп'ютерів може бути більше мільярда транзисторів, але в IBM впевнені, що фахівцям корпорації вдалося здійснити прорив на шляху до застосування нової технології в реальних обчислювальних системах.

Доповідь з подробицями дослідження опубліковано IBM в журналі Nature Nanotechnology.

Самі нові кремнієві процесори Intel випускаються по 22 нм технології, а більш прості чіпи флеш-пам'яті NAND, що виготовляються з топологічним розміром елемента менше 20 нм, однак нинішні методи виробництва наближаються до фізичних меж своїх можливостей. В Intel прогнозують, що корпорація вже в наступному десятилітті буде випускати процесори з нормою проектування в межах десятка нанометрів.

Завдяки безперервному зменшення топологічного розміру транзисторів з'являються процесори, які споживають усе менше енергії, але працюють швидше. При цьому нові покоління можна випускати дешевше попередніх, так як на одній основі уміщається більше чіпів. Зростання кількості транзисторів на одиницю площі кремнію незмінно відбувається згідно знаменитому закону Гордона Мура, співзасновник Intel, який передбачив, що число елементів буде регулярно подвоюватися.

Вуглецеві нанотрубки — пласти вуглецю товщиною в один атом, «згорнуті» в циліндри, — можна використовувати в основі транзисторів в мікросхемах, причому топологічний розмір таких транзисторів буде менше 10 нм. Крім того, вуглецеві нанотрубки здатні краще проводити струм, ніж кремній, однак маніпулювати ними у великих кількостях занадто складно.

На відміну від традиційних схем, в яких транзисторні схеми вытравливаются в кремнії, виготовлення мікросхем з нанотрубок вимагає розміщення їх на основі з високою точністю. Як пояснюють в IBM, серед напівпровідникових нанотрубок також трапляються домішки металевих, в результаті чого мікросхема може вийти бракованої, тому перед використанням сторонній матеріал необхідно відокремити.

У IBM заявили, що зуміли вирішити завдання як позиціонування, так і сортування нанотрубок. Спершу дослідники корпорації «розчиняють» нанотрубки у воді з застосуванням сурфактанту. Потім у розчин занурюється спеціально підготовлена основа з нанесеними на неї «траншеями» з хімікатів, з якими зв'язуються нанотрубки. Це змушує їх розташуватися в порядку, відповідному необхідної електронною схемою, а металеві нанотрубки попутно відсіваються.

У корпорації уточнюють, що дане відкриття ще не дозволить створити комерційні нанотранзисторы, проте воно є важливим кроком на шляху до досягнення цієї мети.

Але перш ніж кинути виклик кремнію, доведеться виконати ту частину закону Мура, про яку нерідко забувають, — доступність за ціною. У первісній формулюванні мова йшла про «подвоєння складності компонентів мінімальної вартості приблизно кожні два роки», тобто про мікросхемах, які можуть з'явитися на масовому ринку.