Novo avanço do nanotubo de carbono leva-os um passo mais perto da produção em massa

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Nos últimos 15 anos, materiais alternativos como grafeno e nanotubos de carbono (CNTs) foram apresentados como soluções potenciais para os problemas de dimensionamento do silício que deixaram os microprocessadores existentes em grande parte presos entre 3,5 - 5 GHz. Em ambos os casos, a pesquisa de novos materiais tem lutado para criar produtos que possam ser comercializados. Nenhum dos dois avançou a ponto de poder ser integrado à fabricação em grande escala. No entanto, pesquisadores da Universidade de Wisconsin anunciaram recentemente um avanço - que pode levar, a longo prazo, a soluções lucrativas que incorporam nanotubos de carbono em produtos de transporte.

Um dos problemas críticos que os nanotubos de carbono enfrentam é a dificuldade de colocá-los precisamente onde eles são necessários. No passado, os fabricantes alcançaram uma precisão de 88-94%. Em 2013, escrevemos sobre um novo método de classificação que poderia atingir 95-98% de precisão - ainda bem abaixo da precisão estimada de 99,96% que os roadmaps do ITRS na época estimavam que seriam necessários para a fabricação comercial. Agora, a Universidade de Wisconsin afirma que pode atingir taxas de pureza de até 99,98%.



O artigo, publicado em Avanços da Ciência notas:



(Restrições) na classificação, processamento, alinhamento e contatos de CNT dão origem a não-idealidades quando os CNTs são implementados em matrizes paralelas densamente compactadas, como aquelas necessárias para a tecnologia ... Em cada cenário, o resultado foi que, enquanto os CNTs devem, em última análise, produzir FETs que são mais condutores do que semicondutores convencionais para aplicações lógicas, CNTs, em vez disso, têm materiais de canal com desempenho inferior, como Si, em seis vezes ou mais. Da mesma forma, em aplicações de RF, condutância reduzida no estado e características de saturação imperfeitas decorrentes de CNTs metálicos e interações inter-CNT limitaram a frequência máxima de oscilação e linearidade.

O artigo prossegue observando como até mesmo um único CNT metálico pode causar curto-circuito em um FET (Transistor de efeito de campo) e resultar em desempenho substancialmente reduzido. Construir matrizes de CNTs em pureza excepcionalmente alta não é opcional - tem sido um obstáculo fundamental para as empresas como a IBM tem procurado resolver há anos. Para atingir esse marco, a equipe de Wisconsin usa uma técnica que discutiu pela primeira vez em 2014 - automontagem evaporativa flutuante, conforme mostrado abaixo.



FESA

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Veja como a equipe descreve suas descobertas.

Os FETs de matriz CNT são demonstrados aqui com uma condutância no estado de 1,7 mS μm − 1 e uma condutância por CNT tão alta quanto 0,46 G0, que é sete vezes maior do que os FETs de matriz CNT de última geração anteriores feitos por outros métodos . Esses FETs estão se aproximando do desempenho de FETs CNT únicos de última geração, mas no formato de uma matriz em que o transporte quase balístico é conduzido simultaneamente por muitos CNTs compactados em paralelo, melhorando substancialmente o impulso de corrente absoluta do FETs e, portanto, sua utilidade em tecnologias.



O desempenho excepcional das matrizes obtido aqui é atribuído ao alinhamento e espaçamento excelentes combinados dos CNTs, o tratamento pós-deposição das matrizes para remover resíduos de solvente e as cadeias laterais de isolamento dos polímeros que envolvem os CNTs e o tipo eletrônico excepcional pureza dos CNTs semicondutores proporcionada pelo uso de polifluorenos como agentes diferenciadores de CNT. O desempenho dos FETs de matriz CNT anteriores não foi tão alto, provavelmente porque esses FETs não atenderam simultaneamente a todos esses atributos.

A equipe acredita que tem um caminho a seguir para continuar melhorando os FETs de CNT e ampliando-os para atender à fabricação de semicondutores moderna. A dificuldade desta etapa, no entanto, não pode ser exagerada. No momento, a Universidade de Wisconsin está trabalhando com wafers quadrados de uma polegada. Os wafers tradicionais têm entre 200 e 300 mm - muito maiores do que os minúsculos quadrados de material de teste com os quais a equipe da UW trabalhou. A equipe também comparou seus resultados com os MOSFETs de 90 nm - e embora essa não seja uma escolha ruim para um teste de laboratório, a fabricação de semicondutores atual deixou 90 nm para trás há mais de dez anos.

Se os nanotubos de carbono pudessem ser comercializados, isso poderia impulsionar o dimensionamento de semicondutores novamente, pelo menos para certas aplicações. Mas o caminho entre até mesmo esse avanço e a comercialização em massa ainda é longo - não espere ver os CNTs serem lançados na lógica por mais 5-10 anos, se isso acontecer. Outras aplicações de nicho podem encontrar benefícios mais imediatos. Mas CPUs e SoCs tendem a ocupar um lugar de destaque em nossa curva de tecnologia. Isso torna comparativamente difícil para a nova tecnologia oferecer melhorias grandes o suficiente para ultrapassar a indústria.

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