Вчені з Канади і США знайшли два способи, що дозволяють прискорити синтез транзисторів на основі вуглецевих нанотрубок. У першому способі підкладку опускали в розчин на 10 секунд, висушували і повторювали процедуру. У другому способі на підкладку капали розчином з нанотрубками і давали висохнути. Дослідники змогли скоротити час синтезу підкладок з двох днів до 150 секунд, зберігши при цьому сумісність з сучасними техпроцесами. Мікросхема з такими транзисторами буде споживати в три рази менше енергії, ніж при використанні традиційних кремнієвих пристроїв. Стаття опублікована в журналі.
Відповідно до закону масштабування Деннарда, зменшення розміру транзисторів і збільшення тактової частоти процесорів підвищують його продуктивність. Однак разом зі зменшенням розміру транзисторів зростає вартість процесорів і падає їх енергоспоживання. Зменшення розміру кремнієвих польових транзисторів на даний момент не дає істотного зменшення енергоспоживання. Щоб зробити обчислювальні пристрої більш дешевими і енергоефективними, вчені шукають нові матеріали, які можуть стати заміною кремнію і при цьому будуть сумісні з існуючою кремнієвою електронікою.
Один з перспективних матеріалів для створення транзисторів нового покоління - вуглецеві нанотрубки. Їх невеликий розмір - близько 1,2 нанометра в діаметрі - і висока швидкість носіїв заряду дозволяє створювати на їх основі надвеликі інтегральні схеми, швидкість обробки інформації яких в три рази вище, а споживання енергії - в три рази нижче традиційних кремнієвих. Однак досі налагодити промислове виробництво транзисторів на основі нанотрубок не вдалося.
Одна з проблем полягає в тому, що такі транзистори несумісні з КМОП - технологією, на основі якої сьогодні створюється велика частина інтегральних мікросхем. Згідно з КМОП, на кристалі мікросхеми повинні розташовуватися транзистори з ізольованим затвором і каналами різної провідності - електронної або дірочної. Інша проблема - велика кількість часу, необхідна для виробництва таких транзисторів.
У попередніх роботах фізики вже повідомляли про створення КМОП-сумісних транзисторів з електронною провідністю. Однак використовуваний ними метод синтезу не дозволяв рівномірно наносити нанотрубки на поверхні великої площі. Через це спостерігалися відмінності в провідності і концентрації носіїв заряду транзисторів, які не дозволяли використовувати їх в одній мікросхемі.
Команда дослідників з Канади і США під керівництвом Мінді Д.Бішоп (Mindy D. Bishop) розробила новий метод нанесення вуглецевих нанотрубок на поверхні. За допомогою нього можна рівномірно наносити нанотрубки на підкладки діаметром 200 міліметрів, які сьогодні використовуються в промисловому виробництві транзисторів.
Автори роботи взяли за основу метод осадження нанотрубок з розчину, в ході якого підкладка поміщається в толуол з диспергованими в ньому нанотрубками і витримується там протягом двох днів. Замість такого тривалого занурення дослідники поміщали підкладку в розчин приблизно на 10 секунд, після чого виймали її і висушували. Потім процес повторювали, поки концентрація нанотрубок на підкладці не досягла межі. Облога нанотрубок таким методом зайняла в цілому 150 секунд - в 1100 разів менше, ніж потрібно до цих пір.
Другий метод полягав у нанесенні на підкладку краплі толуолу з диспергованими нанотрубками. Органічний розчинник досить швидко випаровувався, а нанотрубки рівномірно розподілялися по поверхні підкладки. Такий спосіб дозволив збільшити щільність розташування нанотрубок на підкладці в 2,5 рази порівняно зі звичайним осадженням, але зажадав значно більше часу порівняно з першим методом.
Тепер дослідники планують створити за допомогою нових методів різні інтегральні мікросхеми в промислових умовах і вивчити їх характеристики. Якщо все пройде вдало, стане можливим створювати мікросхеми з польовими транзисторами на вуглецевих нанотрубках у промислових масштабах. Ці пристрої в майбутньому можуть стати більш економічною і потужною альтернативою кремнієвій електроніці.
Раніше та ж група дослідників вже повідомляла про створення першого в світі 16-бітного мікропроцесора, транзистори якого складаються з вуглецевих нанотрубок. Тоді вчені змогли навіть запустити на ньому програму, яка виводить слова «Hello, World!». Однак без швидкого методу синтезу транзисторів процесор поки так і залишається в стінах лабораторії.