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Können Kohlenstoffnanoröhren Silizium in Computern ersetzen?
Das Markenzeichen des Fortschritts in der Elektronikindustrie war die Fähigkeit, immer mehr Transistoren auf Computerchips zu pressen. Aber je dichter die Chips geworden sind, desto schwieriger wird es, ihre kleinsten Merkmale mit der traditionellen Methode, der Fotolithografie, herzustellen, bei der Licht zum Ätzen von Mustern verwendet wird. Bis 2020 könnten die kleinsten Merkmale auf Chips nur noch fünf Nanometer betragen, verglichen mit heute 14 Nanometern. Deshalb ist die Idee, Silizium durch Nanoröhren, winzige Zylinder aus Kohlenstoffatomen, zu ersetzen, seit den 1990er Jahren verlockend. Diese Röhren sind kleiner als ein Nanometer breit, was bedeutet, dass sie sehr dicht auf Chips gepackt werden könnten. Und weil sie einen geringen elektrischen Widerstand haben, könnten darauf basierende Computer leistungsfähiger sein und weniger Energie verbrauchen. Es war schwierig, das Material zu vergrößern, um die Milliarden von Transistoren in der heutigen Elektronik zu ersetzen, was eine sehr spezifische Ausrichtung und Beabstandung der Nanoröhren erfordert. Einige Labore und Unternehmen glauben jedoch immer noch, dass Nanoröhren-basierte Chips eines Tages kommerzialisiert werden. Hier ist ein Update zu ihren Fortschritten.
Eine Darstellung der Struktur einer Kohlenstoffnanoröhre.
Strukturen skalieren
Ein Forschungsteam unter der Leitung der Stanford-Professoren Subhasish Mitra und H.-S. Philip Wong tauchte auf Natur 2013, dass sie den ersten Computer geschaffen hatten, dessen Transistoren vollständig aus Kohlenstoff-Nanoröhren bestanden ( siehe Der erste Kohlenstoff-Nanoröhren-Computer ). Seitdem haben diese Professoren einige Verbesserungen vorgenommen, um die Leistung zu steigern. Dazu gehört, was Wong a nennt Hochhaus-Chip aus zwei gestapelten Speicherschichten, die zwischen zwei Transistoren eingeschlossen sind, was die Forscher auf einem Treffen des Instituts für Elektro- und Elektronikingenieure im vergangenen Dezember zeigten. Die Forscher haben auch eine neue Methode für die Herstellung der Chips, was eine Dichte und eine Ein-Aus-Schaltrate ergibt, die sie so gut wie Silizium macht.
In einer kürzlichen ACS-Nano paper zeigte ein Team an der University of Wisconsin, Madison, unter der Leitung von Michael Arnold und Padma Gopalan eine Methode zur Herstellung von Hochleistungs-Kohlenstoff-Nanoröhren-Arrays, ein langjähriges Ziel der Forscher. Das Team stellte eine dünne Schicht aus Nanoröhren in Wasser her. Als die Forscher ein Substrat aus dem Wasser zogen, führten Oberflächenspannung und Verdunstung dazu, dass sich die Nanoröhren auf dem Substrat ausrichteten.
IBM hofft, dass Kohlenstoffnanoröhren bis 2020 in kommerziellen Transistoren verwendet werden können. Um dies praktisch umzusetzen, müssen mehrere Probleme gelöst werden. Einer davon ist, dass Unternehmen eine Möglichkeit brauchen werden, um sehr geringfügige Änderungen in den Eigenschaften von Nanoröhren zu erkennen. George Tulevski, ein Mitglied des Kohlenstoff-Nanoröhren-Teams von IBM, hat kürzlich die Herausforderungen in ACS-Nano .
Erinnerung
Eine Anwendung von Kohlenstoffnanoröhren, die der Verwirklichung näher sein könnte, könnte darin bestehen, sie mit Siliziumtransistoren in Speicherchips zu kombinieren. Ein Unternehmen in Massachusetts namens Nantero arbeitet seit 2001 daran. Das Unternehmen sagt, dass es seine Technologie bereits aus dem Labor geholt und in Chip-Fertigungsanlagen getestet hat. Bevor Nanoröhrenspeicher in kommerziellen Geräten wie Telefonen oder Wearables verwendet werden könnten, müssten Unternehmen neue Schaltkreise dafür entwerfen. Es ist unklar, wann das passieren könnte, aber Greg Schmergel, CEO und Mitbegründer von Nantero, sagt, dass die Arbeit im Gange sei, und schätzt, dass einige Schaltungsentwürfe bis zum nächsten Jahr fertig sein könnten. Letztes Jahr berichtete das Unternehmen, dass die Chuo University in Japan hatte geprüft die Technologie und fand sie sehr zuverlässig.
Das wegnehmen:
IBM glaubt, dass die Technologie ausgereift genug sein könnte, um innerhalb weniger Jahre in eine Produktionsstätte für Mikroprozessoren umzuziehen. Dies würde zu einigen Jahren weiterer Entwicklungsarbeit führen, die das Testen fortschrittlicherer Schaltungen beinhalten würde. Danach konnte das Produkt vermarktet werden.
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