Создана первая ИС на нанотрубке

Год назад компания Infineon смогла создать работоспособный одиночный нанотранзистор с длиной проводящего канала всего 18 нанометров. После этого открытия казалось, что такие нанотранзисторы — отличная база для наноэлектронной логики. Но, как доказали ученые из IBM и других научных центров, длинные нанотрубки могут выступать «стержнем» целой интегральной схемы и нести на себе несколько транзисторов сразу. Им удалось создать интегральную схему (ИС), полностью выполненную на одной однослойной углеродной нанотрубке. Это первый случай создания компьютерного чипа на основе одиночных молекул.

«Самым нашим существенным достижением является то, что мы смогли использовать современные принципы построения архитектуры чипов, используя в качестве элементов не транзисторы, а нанотрубки и молекулы, — говорит Йорг Аппензеллер (Joerg Appenzeller) из IBM, — наша ИС построена по типу обычной CMOS-архитектуры, одно из достоинств которой — низкое энергопотребление. Как показала практика исследования цепей из нанотрубок, один из их недостатков — достаточно высокое рабочее напряжение, а CMOS-архитектура позволяет его значительно уменьшить, что делает чип намного экономичнее».

Процесс «компактизации» ИС происходит уже 50 лет. Очевидно, что развитие наноэлектроники будет сваязано с сопоставимой по масштабу оптимизацией, аналогичной уменьшению микроэлектронной компонентной базы в 60-е годы минувшего столетия. Возможно, что на основе интегрированных наноэлектронных чипов возникнет совершенно новая элементная база, которая будет отличаться высокой компактностью, низким энергопотреблением и невиданным ранее быстродействием.

Как сообщает NanoTechWeb, интегральная схема состоит из пяти инверторов, сделанных на основе полевых p- и n-транзисторов. Сам чип представляет собой 5-ступенчатый кольцевой осциллятор на одной длинной нанотрубке длиной 18 мкм. В чипе также присутствует дополнительный логический контур, измеряющий быстродействие осциллятора. Затвор p-транзисторов сделан из палладия, а транзисторов n-типа — из алюминия.

Частота чипа в шесть раз больше, чем у таких же устройств, собранных на отдельных нанотрубках и связанных между собой. Такой компактный дизайн осциллятора дает возможность значительно уменьшить паразитные емкости. Наноустройство работает на частоте 52 MHz, что в 100 тыс. раз быстрее предыдущих нанотрубочных чипов.

«Осциллятор на основе одной нанотрубки — отличная возможность глубже исследовать свойства нанотрубок при их работе на переменном токе, — говорит д-р Аппензеллер. — Если еще поработать с прототипом, я думаю, мы добьемся существенного уменьшения паразитных емкостей и сможем довести частоту чипа до терагерцевых частот. Также не следует забывать, что это — первая попытка создать полностью функционирующую CMOS-логику на одной нанотрубке, что само по себе является большим достижением».

Теперь ученые ищут пути уменьшения паразитных емкостей и пытаются оптимизировать наноустройство. Ученые решили начать оптимизацию с мест контакта между металлом истока и нанотрубкой, так можно достичь большего быстродействия устройства.

Будущее электроники в настоящее время еще не определено. Обеспечивать соблюдение Закона Мура с помощью современных технологий производства микросхем удастся еще около 10 лет, затем на поле выйдут наноэлектронные устройства. Только вот какие именно — на нанотрубках, механоэлектрические или графеновые, решается уже сегодня, и очередной аргумент в пользу нанотрубок уже получен.