ナノチューブをベースにしたトランジスタの合成は1000倍に加速されました

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Anonim
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カナダと米国の科学者は、カーボンナノチューブに基づくトランジスタの合成を加速する2つの方法を発見しました。最初の方法では、基板を溶液に10秒間浸漬し、乾燥させて、この手順を繰り返しました。 2番目の方法では、ナノチューブを含む溶液を基板上に滴下し、乾燥させました。研究者たちは、最新の製造プロセスとの互換性を維持しながら、基板の合成時間を2日から150秒に短縮することができました。このようなトランジスタを備えたマイクロ回路は、従来のシリコンデバイスの3分の1のエネルギーを消費します。この記事は、NatureElectronics誌に掲載されました。

デナード則によると、トランジスタのサイズを小さくし、プロセッサのクロック速度を上げると、そのパフォーマンスが向上します。ただし、トランジスタのサイズが小さくなると、プロセッサのコストが増加し、消費電力が減少します。現在、シリコン電界効果トランジスタのサイズを小さくしても、消費電力は大幅に削減されません。コンピューティングデバイスをより安価でエネルギー効率の高いものにするために、科学者は、既存のシリコン電子機器との互換性を保ちながら、シリコンに取って代わることができる新しい材料を探しています。

新世代トランジスタを作成するための有望な材料の1つはカーボンナノチューブです。直径約1、2ナノメートルの小型サイズと高速の電荷キャリアにより、処理速度が3倍、エネルギー消費量が3倍の超大規模集積回路を構築することができます。従来のシリコンの3分の1です。しかし、これまでナノチューブをベースにしたトランジスタの工業生産を確立することはできませんでした。

1つの問題は、そのようなトランジスタが、今日のほとんどの集積回路の背後にある技術であるCMOSと互換性がないことです。 CMOSによると、マイクロ回路のチップには、絶縁ゲートと異なる導電率のチャネル(電子または正孔)を備えたトランジスタが必要です。もう一つの問題は、そのようなトランジスタを製造するのに長い時間がかかることです。

以前の研究で、物理学者はすでに電子伝導を備えたCMOS互換トランジスタの作成について報告しています。しかし、彼らが使用した合成方法では、ナノチューブを大きな表面積に均一に堆積させることはできませんでした。このため、トランジスタの電荷キャリアの導電率と濃度に違いが見られ、1つのマイクロ回路で使用することはできませんでした。

Mindy D. Bishopが率いるカナダと米国の研究者チームは、カーボンナノチューブを表面に塗布するための新しい方法を開発しました。直径200mmの基板にナノチューブを均一に塗布するために使用でき、現在トランジスタの工業生産に使用されています。

研究の著者は、溶液からナノチューブを堆積させる方法を基礎として採用しました。その間、基板は、ナノチューブが分散されたトルエンに置かれ、2日間そこに保持されました。研究者たちは、長時間浸漬する代わりに、基板を溶液に約10秒間入れてから、取り出して乾燥させました。次に、基板上のナノチューブの濃度が限界に達するまで、このプロセスを繰り返した。この方法を使用したナノチューブの堆積には、合計150秒かかりました。これは、これまで必要だった時間の1100分の1です。

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ナノチューブを堆積させるための2つの新しい方法の概略図

2番目の方法は、基板上にナノチューブを分散させたトルエンの液滴を堆積させることで構成されていました。有機溶媒はかなり速く蒸発し、ナノチューブは基板表面全体に均一に分布しました。この方法は、従来の堆積と比較して、基板上のナノチューブの配置の密度を2.5倍に増加させることを可能にしたが、最初の方法と比較してはるかに多くの時間を必要とした。

現在、研究者たちは、産業環境で新しい方法を使用してさまざまな集積回路を作成し、それらの特性を研究することを計画しています。すべてがうまくいけば、カーボンナノチューブ上に電界効果トランジスタを備えたマイクロ回路を工業規模で作成することが可能になります。これらのデバイスは、将来、シリコンエレクトロニクスのより費用効果が高く強力な代替品になる可能性があります。

以前、同じグループの研究者が、トランジスタがカーボンナノチューブで構成されている世界初の16ビットマイクロプロセッサの作成をすでに報告しています。その後、科学者は「Hello、World!」という単語を表示するプログラムを実行することもできました。ただし、トランジスタを合成するための高速な方法がなければ、プロセッサはまだ実験室の壁の中にとどまります。

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