Uniformidad del dispositivo y circuitos integrados CNT de mediana escala. (a) Imagen óptica que muestra una oblea cubierta con CNT FET, con (b) las características de transferencia correspondientes de 300 FET. (c) Imagen SEM que muestra un circuito CMOS sumador completo CNT de 8 bits compuesto por 256 FET CNT, con forma de onda de entrada (A y B) y salida (Sum) de la suma para un arrastre (d) Cin =0 y (e) Cin =1 de una adición anterior. Crédito:Dr. Haitao Xu.
Algunos expertos en el campo de la ingeniería electrónica han sugerido que el uso de semiconductores de óxido de metal complementario de silicio (CMOS) comenzará a disminuir rápidamente a fines de 2020. A pesar de sus predicciones, una clase de materiales alternativos que pueden sostener eficazmente el poder computacional de nuevos dispositivos, mientras que el mantenimiento de buenas eficiencias energéticas aún no se ha establecido claramente.
En los ultimos años, Los investigadores han propuesto varios materiales que, en última instancia, podrían sustituir a los dispositivos CMOS actuales. Algunos de los candidatos más prometedores son la electrónica basada en nanotubos de carbono (CNT), que se puede fabricar utilizando una variedad de técnicas diferentes.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Pekín y la Universidad de Xiangtan en China ha llevado a cabo recientemente un estudio que investiga el potencial de los materiales CNT para la fabricación de productos electrónicos. En su papel publicado en Electrónica de la naturaleza , los investigadores discutieron el desarrollo de transistores de efecto de campo CMOS basados en nanotubos a lo largo del tiempo, al mismo tiempo que se destacan algunos de los materiales CNT que están actualmente disponibles para los fabricantes de productos electrónicos.
"CNT es un material electrónico ideal que ofrece soluciones donde otros semiconductores fallan fundamentalmente, particularmente cuando se escala a la escala dimensional por debajo de 10 nm, "Lianmao Peng, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo a TechXplore. "En este trabajo, demostramos que la electrónica basada en CNT tiene el potencial de superar a la tecnología de silicio por un amplio margen (demostrado experimentalmente con una ventaja de diez veces) y que se pueden construir circuitos integrados (CI) a gran escala utilizando nanotubos de carbono ".
Los parámetros físicos relevantes de los CNT, como su estructura y propiedades electrónicas, ahora son bien conocidos en el campo. Para explorar de manera efectiva las posibles limitaciones de los materiales CNT, Peng y sus colegas Zhiyong Zhang y Chenguang Qiu analizaron así el desempeño y las cualidades de los CNT individuales, centrándose en estos parámetros específicos.
"Nuestros resultados muestran que en los nodos de tecnología de menos de 10 nm, Los transistores CNT pueden ser 3 veces más rápidos, y 4 veces más eficientes energéticamente que sus homólogos de silicio, ", Explicó Peng." Demostramos eso, incluso utilizando las instalaciones de fabricación universitarias muy limitadas, podemos fabricar transistores que superan a los transistores de silicio en muchas ocasiones, lo que indica que la industria de los chips podría seguir adelante con la velocidad actual durante muchas décadas más ".
El estudio realizado por Peng y sus colegas proporciona más evidencia que sugiere que los transistores CNT son una alternativa viable y deseable a los dispositivos CMOS de silicio actuales. En sus análisis, los investigadores también destacaron algunas de las ventajas y desventajas de los circuitos integrados de mediana escala que se han desarrollado hasta la fecha, así como los desafíos que actualmente impiden su implementación a gran escala.
Según Peng y sus colegas, El desarrollo de circuitos integrados (CI) con nuevas estructuras de chips 3-D podría mejorar aún más el rendimiento de los materiales CNT. haciéndolos cientos de veces más poderosos. Sus análisis y hallazgos previos recopilados por otros equipos de investigación apuntan en última instancia a la posibilidad de que la tecnología CNT sea la solución para ofrecer tecnología de chips más potente y de alta eficiencia energética en la era posterior a Moore.
"Ahora, podemos fabricar pocos transistores extremadamente potentes en CNT individuales, pero circuitos integrados no muy complicados, "Dijo Peng." Por otro lado, podemos construir circuitos integrados basados en CNT con más de 10k transistores en tres dimensiones utilizando una película fina de CNT pero con un rendimiento muy limitado. En el futuro, necesitamos combinar las dos direcciones de la investigación, la construcción de circuitos integrados de alto rendimiento a gran escala utilizando películas CNT con un rendimiento superior al de la tecnología de chips de silicio ".
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