El nuevo avance de los nanotubos de carbono los acerca un paso más a la producción en masa

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Durante los últimos 15 años, se han promocionado materiales alternativos como el grafeno y los nanotubos de carbono (CNT) como posibles soluciones a los problemas de escala del silicio que han dejado a los microprocesadores existentes atascados en gran medida entre 3,5 y 5 GHz. En ambos casos, la investigación de los nuevos materiales ha tenido dificultades para crear productos que pudieran comercializarse. Ninguno ha avanzado hasta el punto en que podrían integrarse en la fabricación a gran escala. Sin embargo, investigadores de la Universidad de Wisconsin han anunciado recientemente un gran avance, uno que podría conducir, a largo plazo, a soluciones rentables que incorporen nanotubos de carbono en los productos de envío.

Uno de los problemas críticos a los que se enfrentan los nanotubos de carbono es la dificultad de colocarlos precisamente donde se necesitan. En el pasado, los fabricantes han logrado una precisión del 88-94%. En 2013, escribimos sobre un nuevo método de clasificación que podría lograr una precisión del 95-98%, todavía muy por debajo de la precisión estimada del 99,96% que las hojas de ruta de ITRS en ese momento habían estimado que se requeriría para la fabricación comercial. Ahora, la Universidad de Wisconsin ha afirmado que puede alcanzar índices de pureza de hasta el 99,98%.



El trabajo, publicado en Avances científicos notas:



(Restricciones) en la clasificación, procesamiento, alineación y contactos de CNT dan lugar a no ideales cuando los CNT se implementan en arreglos paralelos densamente empaquetados, como los necesarios para la tecnología ... En cada escenario, el resultado ha sido que, mientras que se espera que los CNT rindan Los FET que son más conductores que los semiconductores convencionales para aplicaciones lógicas, los CNT, en cambio, tienen materiales de canal con un rendimiento inferior, como el Si, por seis veces o más. Asimismo, en las aplicaciones de RF, la conductancia en estado activa deprimida y las características de saturación imperfecta que surgen de los CNT metálicos y las interacciones entre CNT han limitado la frecuencia máxima de oscilación y linealidad.

El documento continúa señalando cómo incluso un solo CNT metálico puede cortocircuitar un FET (transistor de efecto de campo) y resultar en un rendimiento sustancialmente reducido. La construcción de matrices de CNT con una pureza excepcionalmente alta no es opcional; ha sido un obstáculo fundamental que las empresas como IBM han buscado resolver durante años. Para alcanzar este hito, el equipo de Wisconsin utiliza una técnica que discutió por primera vez en 2014: el autoensamblaje evaporativo flotante, como se muestra a continuación.



FESA

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Así es como el equipo describe sus hallazgos.

Los FET de matriz CNT se demuestran aquí con una conductancia en estado de 1,7 mS μm − 1 y una conductancia por CNT tan alta como 0,46 G0, que es siete veces más alta que los FET de matriz CNT de última generación fabricados con otros métodos . Estos FET se están acercando al rendimiento de los FET de CNT individuales de última generación, pero en el formato de una matriz en la que el transporte cuasi balístico se impulsa simultáneamente a través de muchos CNT compactos en paralelo, lo que mejora sustancialmente el impulso de corriente absoluta del FET y, por tanto, su utilidad en tecnologías.



El rendimiento excepcional de los arreglos logrados aquí se atribuye a la excelente alineación y espaciamiento combinados de los CNT, el tratamiento posterior a la deposición de los arreglos para eliminar los residuos de solvente y las cadenas laterales aislantes de los polímeros que envuelven los CNT, y el excepcional tipo electrónico pureza de los CNT semiconductores proporcionada por el uso de polifluorenos como agentes diferenciadores de CNT. El rendimiento de los FET de matriz CNT anteriores no ha sido tan alto, probablemente porque estos FET no han cumplido simultáneamente con todos estos atributos.

El equipo cree que tiene un camino a seguir para seguir mejorando los CNT FET y escalarlos para cumplir con la fabricación moderna de semiconductores. Sin embargo, no se puede exagerar la dificultad de este paso. En este momento, la Universidad de Wisconsin está trabajando con obleas cuadradas de una pulgada. Las obleas tradicionales miden entre 200 y 300 mm, mucho más grandes que los pequeños cuadrados de material de prueba con los que trabajó el equipo de UW. El equipo también comparó sus resultados con los MOSFET de 90 nm, y aunque esa no es una mala elección para una prueba de laboratorio, la fabricación actual de semiconductores dejó 90 nm atrás hace más de diez años.

Si se pudieran comercializar nanotubos de carbono, se podría reactivar el escalado de semiconductores, al menos para determinadas aplicaciones. Pero el camino entre incluso este gran avance y la comercialización masiva es todavía largo; no espere que los CNT se envíen en lógica durante otros 5 a 10 años, si es que alguna vez lo hace. Otras aplicaciones de nicho pueden encontrar beneficios más inmediatos. Pero las CPU y los SoC tienden a situarse a la vanguardia de nuestra curva tecnológica. Eso hace que sea comparativamente difícil que la nueva tecnología ofrezca mejoras lo suficientemente grandes como para superar a la industria.

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