Ученый IBM раскрывает технологию углеродных нанотрубок для расширения Закона Мура

Ученый IBM Research Цин Цао раскрывает прорывной метод интерконнекта углеродных нанотрубок.

Грядущий замедление кремниевых чипов давно побуждает исследователей искать альтернативы. Цин Цао из IBM утверждает, что углеродные нанотрубки (CNT) — цилиндрические листы углерода шириной в несколько атомов — предлагают путь к меньшим, быстрее и более энергоэффективным транзисторам, способным удерживать Закон Мура на десятилетия.

Признанный Пионером под 35 по версии MIT Technology Review в этом году, Цао продемонстрировал, как CNT могут быть точно выровнены в плотные массивы и затем связаны с микроминутными металлическими коннекторами. Эта техника, представленная на TR's EmTech в Кембридже, штат Массачусетс, пролагает путь для масштабирования CNT до размеров современных кремниевых чипов.

Каковы пределы кремния и как CNT их превосходят?

Цин Цао: Современные кремниевые чипы содержат миллиарды транзисторов на 22 нм, и мы уже фabриковали 7-нм узлы. Однако кремний достигает физического барьера около 5–6 нм из-за квантовых туннельных эффектов. CNT, с диаметром около 1 нм (четыре атома поперек), позволяют устройства на 5-нм масштабе и далее. На этих измерениях CNT-транзисторы могут работать в два раза быстрее кремния, потребляя менее половины энергии.

Почему CNT-чипы еще не коммерциализированы?

QC: По мере уменьшения размеров устройств интерконнекты, соединяющие транзисторы, также должны стать меньше. Уменьшение металлических коннекторов ниже 10 нм драматически увеличивает сопротивление, подрывая производительность. Наша команда в Thomas J. Watson Research Center спроектировала надежную химическую связь между концами CNT и молибденовыми проводами, демонстрируя, что даже 40-атомные металлические связи сохраняют производительность устройства.

Построение полного CNT-вейфера остается вызовом. Мы придумали процесс само-сборки, укладывающий CNT в боковые массивы по вейферу, позволяя интеграцию металлических контактов с минимальными резистивными потерями. Эта комбинация может дать чипы, меньшие, быстрее и более энергоэффективные, чем их кремниевые аналоги, эффективно расширяя Закон Мура.

Когда мы можем увидеть эти чипы в потребительских устройствах?

QC: Мы предвидим CNT-базированные устройства в продуктах в ближайшие 10–15 лет, удерживающие Закон Мура минимум на следующие два десятилетия. Наша долгосрочная визия — упаковать 1 триллион транзисторов на один процессор — больше, чем звезд в Млечном Пути.