211service.com
IBM: los transistores comerciales de nanotubos llegarán pronto
Durante más de una década, los ingenieros se han preocupado porque se están quedando sin trucos para seguir reduciendo los transistores de silicio. Los últimos chips de Intel tienen transistores con características tan pequeñas como 14 nanómetros, pero no está claro cómo la industria puede seguir reduciendo los transistores de silicio mucho más o qué podría reemplazarlos.
Prueba de viruta : Cada chip de esta oblea tiene transistores de 10.000 nanotubos. IBM espera poder poner miles de millones de dispositivos en un solo chip poco después de 2020.
Un proyecto en IBM apunta ahora a construir transistores con nanotubos de carbono listos para reemplazar a los transistores de silicio poco después de 2020. De acuerdo con la hoja de ruta de la industria de semiconductores, los transistores en ese punto deben tener características tan pequeñas como cinco nanómetros para mantenerse al día con el continuo. miniaturización de chips informáticos. Ahí es donde la escala de silicio pierde fuerza, y realmente no hay nada más, dice Wilfried Haensch, quien dirige el proyecto de nanotubos de la empresa en T.J. Centro de investigación Watson en Yorktown Heights, Nueva York. Los nanotubos son la única tecnología que parece capaz de evitar que el avance de la potencia de las computadoras se ralentice, al ofrecer una forma práctica de hacer transistores más pequeños y más rápidos, dice.
En 1998, los investigadores de IBM fabricaron uno de los primeros transistores de nanotubos de carbono en funcionamiento. Y ahora, después de más de una década de investigación, IBM es la primera gran empresa que se compromete a preparar la tecnología para su comercialización.
Anteriormente trabajamos en él como una especie de caja de arena, dice James Hannon , jefe del grupo de dispositivos y ensamblajes moleculares de IBM. Hannon dirigió el trabajo de nanotubos de IBM antes que Haensch, quien asumió el cargo en 2011 después de una carrera trabajando en la fabricación de chips convencionales. Wilfried se unió con experiencia en tecnología de silicio [y] nuestro enfoque realmente cambió.
El equipo de Haensch eligió el objetivo de comercialización basándose en el cronograma de mejoras técnicas que la industria de los chips ha trazado para mantener viva la Ley de Moore, una predicción que se originó en 1965 de que la cantidad de transistores que se podrían meter en un circuito se duplicaría cada dos años. Las generaciones de tecnología de fabricación de chips se conocen por el tamaño de la estructura más pequeña que pueden escribir en un chip. El mejor valor actual es de 14 nanómetros y, para 2020, para mantenerse al día con la Ley de Moore, la industria deberá reducirse a cinco nanómetros. Este es el punto que IBM espera que los nanotubos puedan intervenir. informe más reciente del grupo de la industria de microchips, ITRS, dice que el llamado nodo de cinco nanómetros saldrá en 2019.
IBM ha fabricado recientemente chips con transistores de 10.000 nanotubos (consulte Cómo construir una computadora con nanotubos). Ahora está trabajando en un diseño de transistor que podría construirse sobre las obleas de silicio utilizadas en la industria hoy en día con cambios mínimos en los métodos de diseño y fabricación existentes. El diseño se eligió en parte basándose en simulaciones que evaluaban el rendimiento de un chip con miles de millones de transistores. Esas simulaciones sugieren que el diseño elegido debería permitir que un microprocesador sea cinco veces más rápido que uno de silicio usando la misma cantidad de energía.
El diseño elegido por IBM utiliza seis nanotubos alineados en paralelo para hacer un solo transistor. Cada nanotubo tiene 1,4 nanómetros de ancho, unos 30 nanómetros de largo y está espaciado aproximadamente a ocho nanómetros de sus vecinos. Ambos extremos de los seis tubos están incrustados en electrodos que suministran corriente, dejando alrededor de 10 nanómetros de su longitud expuestos en el medio. Un tercer electrodo corre perpendicularmente debajo de esta porción de los tubos y enciende y apaga el transistor para representar unos y ceros digitales.
El equipo de IBM ha probado transistores de nanotubos con ese diseño, pero hasta ahora no ha encontrado una forma de colocar los nanotubos lo suficientemente cerca, porque la tecnología de chips existente no puede funcionar a esa escala. La solución preferida es etiquetar químicamente el sustrato y los nanotubos con compuestos que harían que se autoensamblaran en su posición. Luego, esos compuestos podrían eliminarse, dejando los nanotubos dispuestos correctamente y listos para que se agreguen electrodos y otros circuitos para terminar un chip.
El equipo de Haensch compra nanotubos a granel a proveedores industriales y filtra los tubos con las propiedades adecuadas para transistores utilizando una versión modificada de una máquina utilizada para filtrar moléculas como proteínas en la industria farmacéutica. Utiliza carga eléctrica para separar los nanotubos semiconductores útiles para transistores de aquellos que conducen electricidad como los metales y no pueden usarse para transistores.
El año pasado, los investigadores de Stanford crearon la primera computadora simple construida usando solo transistores de nanotubos (ver La primera computadora de nanotubos). Pero esos componentes eran voluminosos y lentos en comparación con los transistores de silicio, dice Subhasish Mitra , un profesor que trabajó en el proyecto. Ahora sabemos que se puede construir algo útil con nanotubos de carbono, dice. La pregunta es, ¿cómo se obtiene el rendimiento que necesita?
Aunque IBM no ha descubierto cómo hacer transistores de nanotubos lo suficientemente pequeños para la producción en masa, Mirta dice que ha dado pasos concretos y ha ideado procesos que deberían adaptarse a la industria de los semiconductores.
Sin embargo, por ahora, el esfuerzo de IBM en nanotubos permanece dentro de sus laboratorios de investigación, no en su unidad de negocios de semiconductores. Y los investigadores están abiertos sobre el hecho de que el éxito no está garantizado. En particular, si los transistores de nanotubos no están listos poco después de 2020 cuando la industria los necesita, la ventana de oportunidad podría cerrarse, dice Hannon de IBM.
Si los nanotubos no lo logran, hay poco más que muestre mucho potencial para reemplazar a los transistores de silicio en ese período de tiempo. Los dispositivos que manipulan el giro de electrones individuales son los candidatos más cercanos posibles (ver Espintrónica basada en silicio), pero son menos maduros y, a diferencia de los nanotubos de carbono, no se comportan de manera similar a los transistores de silicio, dice Hannon.