(Phys.org)-Eftersom kiselbaserad elektronik förutspås nå sina absoluta gränser för prestanda runt 2020, ny teknik har föreslagits för att fortsätta trenden i miniatyrisering av elektroniska enheter. Ett av dessa tillvägagångssätt består i att konstruera fälteffekttransistorer (FET) direkt på kolnanorör (CNT). De resulterande enheterna är på skalan på bara nanometer, även om deras tillverkning fortfarande är en utmaning.

Nu i en ny artikel publicerad i Nano bokstäver , forskarna Tian Pei, et al., vid Peking University i Peking, Kina, har utvecklat en modulär metod för att konstruera komplicerade integrerade kretsar (IC:er) gjorda av många FET på enskilda CNT. Att demonstrera, de konstruerade ett 8-bitars BUS-system-en krets som ofta används för att överföra data i datorer-som innehåller 46 FET:er på sex CNT. Detta är den mest komplicerade CNT IC som tillverkats hittills, och tillverkningsprocessen förväntas leda till ännu mer komplexa kretsar.

Ända sedan den första CNT FET tillverkades 1998, forskare har arbetat med att förbättra CNT-baserad elektronik. Som forskarna förklarar i sin artikel, halvledande CNT är lovande kandidater för att byta kiseltrådar eftersom de är tunnare, vilket ger en bättre nedskalningspotential, och även för att de har en högre transportörrörlighet, resulterar i högre driftshastigheter.

Ändå står CNT-baserad elektronik fortfarande inför utmaningar. En av de mest betydande utmaningarna är att skaffa matriser för halvledande CNT samtidigt som man tar bort de mindre lämpliga metalliska CNT:erna. Även om forskare har utvecklat en mängd olika sätt att separera halvledande och metalliska CNT, dessa metoder resulterar nästan alltid i skadade halvledande CNT med försämrad prestanda.

För att komma runt detta problem, forskare bygger vanligtvis IC på enstaka CNT, som kan väljas individuellt baserat på deras tillstånd. Det är svårt att använda mer än en CNT eftersom inga två är lika:de har alla lite olika diametrar och egenskaper som påverkar prestanda. Dock, att använda bara en CNT begränsar komplexiteten hos dessa enheter till enkla logiska och aritmetiska grindar.

I den nya studien, forskarna från Peking University visade att det är möjligt att effektivt bygga komplexa IC:er på flera CNT, även om CNT har olika egenskaper. De gjorde detta med ett modulärt tillvägagångssätt, med basmodulen en åtta-transistor (8-T) enhet byggd på två CNT med olika elektroniska egenskaper. 8-T-enheten visar utmärkt tolerans mot egendomsskillnaden mellan CNT:erna och kan användas som byggsten för att tillverka 8-bitars BUS-systemet, som innehåller 46 FET på sex CNT. Tester visade att 8-bitars BUS-systemet upprätthåller en stark signal även när det passerar genom sju kaskad logiska grindar.

Som forskarna förklarar, metoden är särskilt värdefull nu eftersom den möjliggör utforskning av prestandagränserna för CNT IC:er medan de materiella problemen fortfarande löses.

"Detta arbete har fastställt ett allmänt sätt att konstruera komplicerade integrerade kretsar med för närvarande icke-perfekta kolnanorörsmaterial, som (till skillnad från kisel) är endimensionella och olika från varandra, "Lian-Mao Peng, Professor vid Peking University och medförfattare till den nya uppsatsen, berättade Phys.org .

8-T-enheten kan användas som grundläggande byggsten för en mängd andra IC-enheter än BUS-system, gör denna modulära metod till ett universellt och effektivt sätt att konstruera storskaliga CNT-IC:er. Bygga på sin tidigare forskning, forskarna hoppas kunna utforska dessa möjligheter i framtiden.

"I vårt tidigare arbete, vi visade att en kol-nanorörsbaserad fälteffekttransistor är ungefär fem (n-typ FET) till tio (p-typ FET) gånger snabbare än dess kisel-motsvarigheter, men använder mycket mindre energi, ungefär några procent av kiseltransistorer av liknande storlek, "Sa Peng.

"I framtiden, vi planerar att konstruera storskaliga integrerade kretsar som överträffar kiselbaserade system. Dessa kretsar är snabbare, mindre, och förbrukar mycket mindre ström. De kan också arbeta vid extremt låga temperaturer (t.ex. i rymden) och måttligt höga temperaturer (eventuellt inget kylsystem krävs), på flexibla och transparenta underlag, och eventuellt vara biokompatibel. "

© 2014 Phys.org