Νέα τεχνολογία τρανζίστορ βασισμένη σε νανοσωλήνες άνθρακα

Από σελίδα της IBM 27-Απριλίου-2001

Tρείς ερευνητές με επικεφαλής έναν Έλληνα, τον Φαίδωνα Αβούρη της ΙΒΜ, στο Σαν Χοσέ της Καλιφόρνιας, ανέπτυξαν μια νέα επαναστατική τεχνολογία τρανζίστορς, που μπορεί να κάνει δυνατή την παραγωγή μιας νέας τάξης, μικρότερων, ταχύτερων και μικρότερης ενεργειακής κατανάλωσης μικροτσίπς από τα ήδη υπάρχοντα μικροτσίπς πυριτίου.
Οι επιστήμονες της ΙΒΜ δημιούργησαν την πρώτη στον κόσμο διάταξη τρανζίστορς από νανοσωλήνες άνθρακα. Πρόκειται για μικροσκοπικούς κυλινδρίσκους από άτομα άνθρακα των οποίων το μήκος είναι μόλις 10 άτομα άνθρακα και είναι 500 φορές μικρότεροι από τα σημερινά τρανζίστορς. Πιστεύεται πως η αξία της ανακάλυψης, είναι παρόμοια με αυτή του τρανζίστορς, στη δεκαετία του 1940, γιατί μπορεί να δώσει ασσύληπτα μικρούς επεξεργαστές.

Μέχρι τώρα οι νανοσωλήνες έπρεπε να τοποθετηθούν ένας προς έναν ή τυχαία για ναποτελέσουν την επιθυμητή διάταξη από τρανζίστορς, διαδικασία που δεν προσφέρεται για μαζική παραγωγή. Η καινοτομία έγκειται σε μια νέα επεξεργασία ώστε να σχηματιστούν μαζικά πολύ μεγάλοι αριθμοί νανοσωλήνων -τρανζίστορς.

Πρέπει να σημειωθεί ότι τα τρανζίστορς είναι οι θεμέλιοι λίθοι όλων των ηλεκτρονικών συστημάτων – δρούν σαν γέφυρες που μεταφέρουν δεδομένα από το ένα μέρος του κυκλώματος στο άλλο.

Ο νόμος του Moore που επιβεβαιώνεται μέχρι σήμερα, λέει ότι ο αριθμός των τρανζίστορς που χωράει σε ένα τσιπ διπλασιάζεται κάθε 18 μήνες περίπου. Πολλοί επιστήμονες όμως εκτιμούν ότι η σημερινή τεχνολογία βασισμένη σε μικροτσίπ πυριτίου θα φτάσει τα φυσικά όρια της σμίκρυνσής της τα επόμενα 10-20 χρόνια.

Το επίτευγμα λοιπόν αυτό της ΙΒΜ θεωρείται σημαντικό για το μέλλον και ο Φαίδων Αβούρης, ο οποίος διευθύνει το τμήμα ερευνών νανοτεχνολογίας της ΙΒΜ λέει ότι οι έρευνες έδειξαν πως οι νανοσωλήνες άνθρακα ανταγωνίζονται σε επιδόσεις τα μικροτσίπς πυριτίου, και δεδομένου ότι η κλίμακά τους είναι πολύ μικρότερη, είναι υποψήφιοι για τη νανοηλεκτρονική τεχνολογία του μέλλοντος.

nanotubes transistorΟι ηλεκτρονικές ιδιότητες των νανοσωλήνων άνθρακα μπορεί να είναι είτε αυτές των μετάλλων ή των ημιαγωγών ανάλογα με το μέγεθος και το σχήμα τους. Το πρόβλημα που είχαν να αντιμετωπίσουν οι επιστήμονες ήταν ότι όλες οι μέθοδοι παραγωγής κατέληγαν σε ένα μίγμα μεταλλικών και ημιαγωγών νανοσωλήνων κολλημένων μαζί σε σχήμα σχοινιού ή δεσμίδας. Αυτό ελαττώνει την χρησιμότητά τους γιατί μόνο οι ημιαγωγοί νανοσωλήνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως τρανζίστορς, ενώ οι κολλημένοι με αυτούς μεταλλικοί νανοσωλήνες υπερτροφοδοτούν με ισχύ τους ημιαγωγούς νανοσωλήνες.

Εκτός από τον διαχωρισμό των δύο τύπων ένα προς ένα δεν υπήρχε άλλη πρακτική μέθοδος διαχωρισμού των. Η ομάδα της ΙΒΜ ξεπέρασε τη δυσκολία αυτή με μια νέα τεχνική κατά την οποία οι μεταλλικοί νανοσωλήνες καταστρέφονται με τη διαβίβαση ενός ισχυρού ηλεκτρικού παλμού ο οποίος αφήνει ανέπαφους τους ημιαγωγούς νανοσωλήνες.

nanotubes transistorΑριστερά:Τα τρανζίστορς είναι οι δομικοί λίθοι των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Η ΙΒΜ κατασκεύασε τρανζίστορς πεδίου (FET) όπου οι νανοσωλήνες είναι οι δίαυλοι του τρανζίστορ.

Με λίγα λόγια η μέθοδός τους έχει ως εξής: Το πλέγμα όλων των νανοσωλήνων μεταλλικών και ημιαγωγών αποτίθεται πάνω σε υπόστρωμα οξειδίου του πυριτίου.
Μια μεταλλική μάσκα τοποθετείται πάνω από τους νανοσωλήνες και παίζει ρόλο ηλεκτροδίου.

Χρησιμοποιώντας ως δεύτερο ηλεκτρόδιο το υπόστρωμα πυριτίου οι επιστήμονες θέτουν σε μη αγώγιμη κατάσταση τους ημιαγωγούς νανοσωλήνες.
Μετά με μια κατάληλη τάση που εφαρμόζεται στο υπόστρωμα επιτυγχάνεται η καταστροφή μόνο των μεταλλικών αφού μόνον αυτοί είναι αγώγιμοι και διαρρέονται από ρεύμα.

Το αποτέλεσμα είναι ένα πυκνό δίκτυο ημιαγωγών νανοσωλήνων που χρησιμοποιούνται για να χτιστούν τα λογικά κυκλώματα.

Στην ίδια εργασία οι επιστήμονες της ΙΒΜ δείχνουν πως μπορούν επίσης να διαμορφωθούν οι νανοσωλήνες με τις επιθυμητές ηλεκτρικές ιδιότητες και πως μπορούν να κατασκευαστούν τρανζίστορς πεδίου με οποιοδήποτε επιθυμητό χάσμα ζώνης.

Η παραπάνω εργασία δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science, Τόμος 292, τεύχος 5517, 27 Απριλίου 2001.

Δείτε και τα σχετικά άρθρα
Νέοι υπολογιστές που λειτουργούν με φως, πετυχαίνουν κβαντικές ταχύτητες
Πέτυχε η οργάνωση σε ίνες μεγάλου μήκους νανοσωλήνων από άνθρακα
Αναπτύσσοντας τους μικρότερους νανοσωλήνες από άνθρακα.
Ενδιαφέρουσες ιστοσελίδες
IBM Η σελίδα της εταιρείας
Home