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Nanotubo de carbono de transistores de fazer o salto de laboratório para o chão-de-fábrica

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13 de junho 2020

Nanotubo de carbono de transistores de fazer o salto de laboratório para o chão-de-fábrica

A próxima grande revolução na tecnologia de chip de computador é agora um passo mais próximos da realidade. Os pesquisadores demonstraram que o nanotubo de carbono de transistores podem ser feitas rapidamente em instalações comerciais, com o mesmo equipamento usado para a fabricação tradicional à base de silício transistores – a espinha dorsal da atual indústria de computação.

Nanotubo de carbono de campo-transístores de efeito (CNFETs) são mais eficientes do que os de silício campo transistores de efeito e poderia ser usado para construir uma nova geração de tridimensional microprocessadores. Mas, até agora, estes dispositivos têm sido quase que restrito aos laboratórios acadêmicos com apenas um pequeno número produzidos.

No entanto, em um novo estudo publicado neste mês – publicado no diário Natureza Eletrônica – os cientistas demonstraram como a CNFETs pode ser fabricado em grandes quantidades a 200 milímetros, bolachas: o padrão da indústria para chip de computador de design. O CNFETs foram criados em um comercial de silício instalação de fabricação e fundição de semicondutores nos Estados Unidos.

Tendo analisado a técnica de deposição utilizada para fazer a CNFETs, uma equipe do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), desenvolveu uma maneira de acelerar o processo de fabricação por mais de 1,100 vezes em relação aos métodos anteriores, reduzindo também o custo. Sua técnica depositados os nanotubos de carbono, de borda a borda em lamelas, com CFNET matrizes de 14.400 por 14,400 distribuídos por vários discos (wafers.

Max Shulaker, um MIT, professor assistente de engenharia elétrica e ciência da computação, que tem sido a concepção CNFETs desde o seu Doutoramento dias, diz o novo estudo representa “um passo de gigante para a frente, para fazer o salto em produção a nível de instalações.”

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A ponte entre o laboratório e a indústria é algo que os pesquisadores “muitas vezes não tem oportunidade de fazer”, acrescentou. “Mas é um importante teste para as tecnologias emergentes.”

Por décadas, as melhorias na base de silício transistor de fabricação de ter trazido para baixo dos preços e de aumento de eficiência energética em computação. São preocupações de montagem que esta tendência pode estar se aproximando de seu fim, no entanto, como o aumento do número de transistores embalado em circuitos integrados não parecem estar a aumentar a eficiência energética no histórico de taxas. CNFETs são uma alternativa atraente de tecnologia, porque eles são “em torno de uma ordem de magnitude mais eficiente de energia” de silício baseados em transistores, diz Shulaker. Enquanto a base de silicone transistores são normalmente feitas em temperaturas de 450 a 500 graus Celsius, CNFETs pode ser fabricado em perto de quarto temperaturas.

“Isso significa que você pode realmente construir camadas de circuitos para a direita na parte superior do anteriormente fabricados camadas de circuitos, para criar um 3D chip”, Shulaker explica. “Você não pode fazer isso com tecnologia à base de silício, porque ele iria derreter as camadas de baixo.”

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Um 3D chip de computador, que pode combinar lógica e funções de memória, é projetada para “vencer o desempenho de um estado-de-o-arte 2D chip feito de silício por ordens de magnitude”, diz ele.

Uma das maneiras mais eficazes para construir CFNETs no laboratório é um método para depositar os nanotubos chamado de incubação – ilustrado abaixo, onde um wafer é submerso em um banho de nanotubos até o nanotubos de pau para o wafer de superfície.

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O desempenho do CNFET depende em grande parte o processo de deposição, explica o co-autor Mindy Bispo, um estudante de PhD em Harvard-MIT Ciências da Saúde e Tecnologia programa. Isso afeta tanto o número de nanotubos de carbono sobre a superfície do wafer e a sua orientação. Eles são “preso para a bolacha em aleatório orientações de como espaguete cozido, ou todos alinhados na mesma direção, como espaguete, não cozidos ainda no pacote.”

Alinhando os nanotubos perfeitamente em uma CNFET leva para um desempenho ideal, mas o alinhamento é difícil de se obter, diz o Bispo: “É realmente difícil estabelecer bilhões de minúsculos de 1 milímetro de diâmetro nanotubos em uma perfeita orientação através de uma grande 200 milímetros, bolacha. Para colocar estas escalas de comprimento no seu contexto, é como tentar cobrir todo o estado de New Hampshire perfeitamente orientada, espaguete seco.”

Enquanto a incubação método empregado pelo MIT equipe é incapaz de alinhar perfeitamente a cada nanotubo (talvez um grande avanço nos próximos anos, pode conseguir isso?), seus experimentos mostraram que ele oferece suficientemente alto desempenho para uma CNFET para superar um tradicional à base de silício transistor.

Além disso, observações cuidadosas revelou como alterar o processo para torná-lo mais viável para grande escala de produção comercial. Por exemplo, o Bispo da equipe constatou que “a seca de bicicleta”, um método de intermitentemente secagem submerso bolacha, pode reduzir drasticamente o tempo de incubação – de 48 horas a 150 segundos. Outro novo método chamado artificial concentração por evaporação (ACE) depositado pequenas quantidades de nanotubo de solução de um “wafer”, em vez de submergir a bolacha em um tanque. A lenta evaporação da solução aumentou a densidade global de nanotubos na bolacha.

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Os pesquisadores trabalharam com Dispositivos Analógicos, um comercial de silício unidade de fabricação, e SkyWater Tecnologia, um semicondutor de fundição, para fabricar CNFETs usando os melhores métodos. Eles foram capazes de usar o mesmo equipamento que os dois instalações usar para fazer a base de silicone bolachas, garantindo-se também que o nanotubo de soluções conheceu estrita químicos e contaminantes requisitos das instalações.

Os próximos passos, já em curso, será para construir diferentes tipos de circuitos integrados de CNFETs em uma configuração industrial e explorar algumas das novas funções que um chip 3D pode oferecer, adiciona Shulaker.

“A próxima meta é para que essa transição de ser academicamente interessantes para algo que vai ser usado por pessoas, e eu acho que isso é um passo muito importante nesse sentido”, ele conclui.

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