Een nanometersprong naar biljoenen transistors

IBM-onderzoeker Qing Cao ontwikkelt manier om koolstofnanobuisjes te koppelen

Wetenschappers en ingenieurs hoeven geen dakspanen te dragen op Times Square om te verklaren:"Het einde van de wet van Moore is nabij." Ze weten allemaal dat computerchips op basis van silicium binnenkort niet meer sneller worden en kleiner worden. Een van die wetenschappers, IBM's Qing Cao, heeft mogelijk het antwoord op alt-silicium gevonden in koolstofnanobuisjes - opgerolde vellen koolstof die elektrische signalen beter kunnen geleiden op een veel kleinere schaal dan silicium.

Cao, die werd erkend als Pioneer Under 35 door MIT Technology Review dit jaar een manier bedacht om CNT's op één lijn te brengen en ze vervolgens te fuseren tot kleine metalen verbindingsdraden. Dit betekent dat ze kunnen worden opgeschaald naar de grootte van de huidige siliciumchips en ze uiteindelijk kunnen vervangen in de computers van morgen. Cao legde uit hoe hij erin slaagde nanobuisjes in arrays uit te lijnen en vervolgens metaalatomen aan het uiteinde van een vier-atoom brede nanobuis te lassen op de TR van deze week. 's EmTech in Cambridge, MA. Ik sprak met Cao om een ​​nano-glue te krijgen bij zijn toespraak.*

*Update, 21-10-16:bekijk de EmTech-presentatie van Qing Cao op MIT Technology Review.

Qing Cao , IBM Research (fotocredit:MIT Technology Review)

Wat is de limiet van Silicon en hoe gaan CNT's verder dan die limiet?

Qing Cao: Siliciumchips bevatten al miljarden transistors op 22 nm. Dit zijn de soorten chips in de servers van vandaag. En we hebben laten zien dat 7 nm mogelijk is. Maar het vermogen van Silicium eindigt bij ongeveer 5 of 6 nm als het de muur van de kwantummechanica raakt. Koolstofnanobuisjes, met hun intrinsiek kleine formaat - ongeveer 1 nm, of slechts vier atomen breed - stellen ons echter in staat om tot een knoop van 5 nm of verder te komen. Op deze schaal zouden CNT-transistors twee keer zo snel kunnen werken in vergelijking met silicium, terwijl ze minder dan de helft van het vermogen verbruiken.

Waarom hebben we nog geen CNT-chips kunnen bouwen?

Qing Cao , IBM Research (fotocredit:MIT Technology Review)

QC: Wanneer we overstappen op kleinere apparaten, moeten de connectoren tegelijkertijd krimpen. Maar de vermindering van de grootte van de metalen connector, tot onder de 10 nm, verhoogt de weerstand sterk en verslechtert dus de prestaties van het apparaat. Wij - mijn team in het Thomas J Watson Research Center en ik - hebben een manier ontwikkeld om het uiteinde van de CNT's te verbinden met een molybdeendraad door middel van sterke chemische bindingen, en hebben in dit geval geverifieerd dat de vermindering van de connectordimensie geen afbreuk doet aan apparaatprestaties, zelfs als de afmetingen van de metalen connectoren zijn gekrompen tot slechts 40 atomen breed of zelfs kleiner.

Nadat we het connectorprobleem hebben opgelost, hebben we nog steeds een CNT-wafer nodig om CNT-chips te bouwen. Mijn team heeft een manier ontwikkeld om nanobuisjes zelf te assembleren tot naast elkaar uitgelijnde arrays op wafers. In staat zijn om CNT-arrays op een wafer te assembleren en ze vervolgens te verbinden met kleine metalen draden met minimaal weerstandsverlies, betekent kleinere chips met hogere snelheden dan silicium - en de voortzetting van de wet van Moore.

Wanneer denk je dat deze chips in onze computers en apparaten terechtkomen?

QC: Ik denk dat dergelijke nanobuisjes in de komende 10-15 jaar in producten zullen verschijnen en de wet van Moore voor ten minste de komende 20 jaar zullen helpen ondersteunen. Uiteindelijk willen we 1 biljoen transistors in een processor stoppen (dat is meer dan het aantal sterren in de Melkweg!)