A világ legkisebb nanocső tranzisztorai kenterbe verik szilícium társaikat

Kutatók több mint egy évtizede tettek arra ígéretet, hogy a szén nanocsövek – kiváló elektronikai tulajdonságaiknak köszönhetően – jobb megoldást nyújthatnak az egyre apróbb tranzisztorok gyártásában, de ez az állítás a laboratóriumokban egyelőre nem nyert visszaigazolást. Az IBM szén nanocsövekkel foglalkozó kutatói szerint ez az első kísérleti bizonyíték arra vonatkozóan, hogy 10 nanométer alatt gyakorlatilag bármilyen anyaggal fel lehet váltani a szilíciumot.

Nano kapu: a koncepció illusztrációján nanocsövet láthatunk egy tranzisztor forrása és nyelője között. (© IBM)

 „Az eredmények valóban a nanocsövek értékét hangsúlyozzák, méghozzá a legkifinomultabb típusú tranzisztorok formájában,” mondja John Rogers, az Illinois Egyetem anyagtudomány professzora. „Egész világos módon utalnak arra, hogy a nanocsövek képesek a szilícium igazi versenytársaként, vagy éppen kiegészítőjeként fellépni.”

A szilícium tranzisztorok folyamatos zsugorodása az utóbbi évtizedek során lecsökkentette az elektronikai eszközök költségeit, illetve nagyobb feldolgozási teljesítményt tett lehetővé, kisebb energia felvétel mellett. Azonban, a szilícium alapú elektronikai eszközök méretének csökkentése kb. 10 nanométer környékén akadályba ütközik, mondja Aaron Franklin, az IBM Watson Research Center kutatója. „Jelen pillanatban a fizikai korlátokat közelítjük meg,” mondja. A tranzisztorok zsugorodásával együtt egyre nehezebb feladattá válik az elektronok mozgásának ellenőrzése is, ahogy átkelnek a szilícium csatornán. Szembesülve ezzel a rakoncátlan és energiaigényes viselkedéssel, tavaly az Intel bejelentette, hogy lecseréli a 22 nanométeres chipgenerációját és átáll egy új, háromdimenziós tranzisztor dizájnra. Más cégek ultravékony testű tranzisztorokon dolgoznak. Akármilyen is az alakja, a szilícium akkor is szilícium marad, és az ilyen kis méretekben való felhasználása még az ilyen újszerű tranzisztor kialakítások során is számos nehézséget jelent.

Már elég sok anyagról hirdették azt, hogy a szilícium potenciális helyettesítője lehet, beleértve a szén nanocsöveket is. Ez és más anyagok is ígéretesnek bizonyultak nagyobb tranzisztorok esetében, de egészen mostanáig senki sem mutatott be 10 nanométernél kisebb tranzisztort. „Ha a nanocsövekkel nem lehetne számottevően előrébb jutni, mint a szilíciummal, akkor időpocsékolás volna a velük foglalkozni,” mondja Franklin. „Mi tehát agresszíven méretezett dimenziókban készítettünk nanocső tranzisztorokat, amelyek végül megdöbbentően jobbnak bizonyultak még a legjobb szilícium eszközöknél is.”

Hogy leteszteljék, hogy a nanocső tranzisztor mérete miként befolyásolja a teljesítményt, Franklin csoportja több tranzisztort készített ugyanazon nanocső mentén, különböző méretekben. Ez lehetővé tette számukra a változások ellenőrzését külön-külön, minden egyes nanocső esetében. Először is egy nagyon vékony szigetelő réteget kellett lefektetniük, amin a nanocső el tud helyezkedni. Ezt követően kifejlesztettek egy olyan kétlépcsős megoldást, amivel elektromos kapukat hoznak létre a nanocsövön, anélkül, hogy azt károsodás érné. Ezek a technikák még koránt sincsenek gyártásra is alkalmas szinten, de lehetővé tették az IBM számára, hogy laboratóriumi körülmények között létrehozzák és teszteljék az első 10 nanométer alatti nanocső eszközöket. A munka részleteiről a Nano Letters online folyóiratban olvashatunk.

Az IBM csoportja bemutatta, hogy a 9 nanométeres nanocső tranzisztor energia felvétele lényegesen alacsonyabb a többi, ilyen méretű tranzisztoréhoz képest. Emellett jobb áramvezető is, mint a hasonló szilícium eszközök, tehát jobb jelet biztosít.

Több jelentős műszaki probléma maradt még, mondja Franklin. Először, a kutatóknak ki kell dolgozniuk egy jobb módszert a félvezető nanocső tömbök előállítására – fémcsövek belevonása rövidzárlatot fog okozni az integrált áramkörökben. Másodszor pedig, ki kell találni azt is, hogyan lehet egy adott felületre nanocsöveket nagy számban, tökéletes elrendezésben elhelyezni.

Forrás: www.technologyreview.com

Püski László