IBM: i transistor a nanotubi commerciali arriveranno presto

Per più di un decennio, gli ingegneri si sono preoccupati di essere a corto di trucchi per continuare a ridurre i transistor al silicio. Gli ultimi chip di Intel hanno transistor con caratteristiche di appena 14 nanometri, ma non è chiaro come l'industria possa continuare a ridurre ulteriormente i transistor al silicio o cosa potrebbe sostituirli.

Prova del chip : Ogni chip su questo wafer ha 10.000 transistor a nanotubi. IBM spera di poter mettere miliardi di dispositivi su un singolo chip subito dopo il 2020.

Un progetto in IBM mira ora a realizzare transistor realizzati utilizzando nanotubi di carbonio pronti a sostituire i transistor al silicio subito dopo il 2020. Secondo la tabella di marcia dell'industria dei semiconduttori, i transistor a quel punto devono avere caratteristiche di appena cinque nanometri per stare al passo con il continuo miniaturizzazione dei chip dei computer. È qui che il ridimensionamento del silicio si esaurisce e non c'è davvero nient'altro, afferma Wilfried Haensch, che guida il progetto dei nanotubi dell'azienda presso il T.J. Centro di ricerca Watson a Yorktown Heights, New York. I nanotubi sono l'unica tecnologia che sembra in grado di impedire che l'avanzata della potenza del computer rallenti, offrendo un modo pratico per realizzare transistor sia più piccoli che più veloci, afferma.

Nel 1998, i ricercatori dell'IBM hanno realizzato uno dei primi transistor a nanotubi di carbonio funzionanti. E ora, dopo oltre un decennio di ricerca, IBM è la prima grande azienda a impegnarsi per rendere la tecnologia pronta per la commercializzazione.

In precedenza ci abbiamo lavorato come un tipo di cosa sandbox, dice James Hannon , capo del gruppo di assemblaggi molecolari e dispositivi di IBM. Hannon ha guidato il lavoro sui nanotubi di IBM prima di Haensch, che ha assunto nel 2011 dopo una carriera lavorando nella produzione di chip convenzionali. Wilfried si è unito con un background di tecnologia al silicio [e] la nostra attenzione si è davvero spostata.

Il team di Haensch ha scelto l'obiettivo per la commercializzazione in base al calendario dei miglioramenti tecnici che l'industria dei chip ha pianificato per mantenere in vita la Legge di Moore, una previsione nata nel 1965 secondo cui il numero di transistor che potrebbero essere stipati in un circuito raddoppierebbe ogni due anni. Generazioni di tecnologia per la produzione di chip sono note dalle dimensioni della struttura più piccola che possono scrivere in un chip. L'attuale migliore è di 14 nanometri ed entro il 2020, per stare al passo con la legge di Moore, l'industria dovrà scendere a cinque nanometri. Questo è il punto in cui IBM spera che i nanotubi possano intervenire rapporto più recente dal gruppo industriale dei microchip, l'ITRS afferma che il cosiddetto nodo a cinque nanometri è previsto per il 2019.

IBM ha recentemente realizzato chip con 10.000 transistor a nanotubi (vedi How to Build a Nanotube Computer ). Ora sta lavorando a un progetto di transistor che potrebbe essere costruito sui wafer di silicio utilizzati oggi nell'industria con modifiche minime ai metodi di progettazione e produzione esistenti. Il design è stato scelto in parte sulla base di simulazioni che hanno valutato le prestazioni di un chip con miliardi di transistor. Queste simulazioni suggeriscono che il design scelto dovrebbe consentire a un microprocessore di essere cinque volte più veloce di uno in silicio utilizzando la stessa quantità di energia.

Il design scelto da IBM utilizza sei nanotubi allineati in parallelo per creare un singolo transistor. Ogni nanotubo è largo 1,4 nanometri, lungo circa 30 nanometri e distanziato di circa otto nanometri dai suoi vicini. Entrambe le estremità dei sei tubi sono incorporate in elettrodi che forniscono corrente, lasciando scoperti nel mezzo circa 10 nanometri della loro lunghezza. Un terzo elettrodo corre perpendicolarmente sotto questa porzione dei tubi e accende e spegne il transistor per rappresentare gli 1 e gli 0 digitali.

Il team IBM ha testato i transistor a nanotubi con quel design, ma finora non ha trovato un modo per posizionare i nanotubi abbastanza vicini tra loro, perché la tecnologia dei chip esistente non può funzionare su quella scala. La soluzione preferita è etichettare chimicamente il substrato e i nanotubi con composti che li indurrebbero ad autoassemblarsi in posizione. Questi composti potrebbero quindi essere rimossi, lasciando i nanotubi disposti correttamente e pronti per l'aggiunta di elettrodi e altri circuiti per completare un chip.

Il team di Haensch acquista nanotubi sfusi da fornitori industriali e filtra i tubi con le proprietà giuste per i transistor utilizzando una versione modificata di una macchina utilizzata per filtrare molecole come le proteine ​​nell'industria farmaceutica. Utilizza la carica elettrica per separare i nanotubi semiconduttori utili per i transistor da quelli che conducono elettricità come i metalli e non possono essere utilizzati per i transistor.

L'anno scorso i ricercatori di Stanford hanno creato il primo semplice computer costruito utilizzando solo transistor a nanotubi (vedi The First Nanotube Computer ). Ma quei componenti erano ingombranti e lenti rispetto ai transistor al silicio, dice Subhasish Mitra , un professore che ha lavorato al progetto. Ora sappiamo che puoi costruire qualcosa di utile con i nanotubi di carbonio, dice. La domanda è: come ottieni le prestazioni di cui hai bisogno?

Sebbene IBM non abbia capito come rendere i transistor a nanotubi abbastanza piccoli per la produzione di massa, Mirta afferma di aver compiuto passi concreti e ha ideato processi che dovrebbero essere adatti all'industria dei semiconduttori.

Tuttavia, per ora lo sforzo di IBM sui nanotubi rimane all'interno dei suoi laboratori di ricerca, non della sua business unit dei semiconduttori. E i ricercatori sono aperti sul fatto che il successo non è garantito. In particolare, se i transistor a nanotubi non saranno pronti subito dopo il 2020, quando l'industria ne avrà bisogno, la finestra di opportunità potrebbe essere chiusa, afferma Hannon di IBM.

Se i nanotubi non ce la fanno, c'è poco altro che mostra molto potenziale per prendere il posto dei transistor al silicio in quel lasso di tempo. I dispositivi che manipolano lo spin dei singoli elettroni sono il candidato più vicino possibile (vedi Silicon-Based Spintronics ), ma sono meno maturi e, a differenza dei nanotubi di carbonio, non si comportano in modo simile ai transistor al silicio, afferma Hannon.

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