Uniformité de l'appareil et circuits intégrés CNT à moyenne échelle. (a) Image optique montrant une plaquette recouverte de FET CNT, avec (b) les caractéristiques de transfert correspondantes de 300 FET. (c) Image SEM montrant un circuit CMOS à additionneur complet de 8 bits CNT composé de 256 FET CNT, avec entrée (A et B) et sortie (Sum) forme d'onde de la somme pour un report (d) Cin=0 et (e) Cin=1 d'une addition précédente. Crédit :Dr Haitao Xu.
Certains experts dans le domaine de l'ingénierie électronique ont suggéré que l'utilisation de semi-conducteurs à oxyde métallique complémentaire au silicium (CMOS) commencera à décliner rapidement d'ici la fin de 2020. Malgré leurs prédictions, une classe de matériaux alternatifs capables de soutenir efficacement la puissance de calcul de nouveaux appareils, tout en maintenant une bonne efficacité énergétique n'est pas encore clairement établie.
Au cours des dernières années, les chercheurs ont proposé plusieurs matériaux qui pourraient à terme remplacer les dispositifs CMOS actuels. Certains des candidats les plus prometteurs sont l'électronique à base de nanotubes de carbone (CNT), qui peut être fabriqué en utilisant une variété de techniques différentes.
Une équipe de chercheurs de l'Université de Pékin et de l'Université de Xiangtan en Chine a récemment mené une étude sur le potentiel des matériaux CNT pour la fabrication de composants électroniques. Dans leur papier, Publié dans Nature Électronique , les chercheurs ont discuté du développement de transistors à effet de champ CMOS à base de nanotubes au fil du temps, tout en mettant également en évidence certains des matériaux CNT actuellement disponibles pour les fabricants d'électronique.
"Le CNT est un matériau électronique idéal qui offre des solutions là où d'autres semi-conducteurs échouent fondamentalement, en particulier lorsqu'il est mis à l'échelle à l'échelle dimensionnelle inférieure à 10 nm, " Lianmao Peng, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, a déclaré TechXplore. "Dans ce travail, nous avons démontré que l'électronique à base de CNT a le potentiel de surpasser largement celle de la technologie du silicium (avantage démontré expérimentalement plus de dix fois) et que des circuits intégrés (CI) à grande échelle peuvent être construits à l'aide de nanotubes de carbone.
Les paramètres physiques pertinents des NTC, telles que leur structure et leurs propriétés électroniques, sont désormais bien connus dans le domaine. Pour explorer efficacement les limites potentielles des matériaux CNT, Peng et ses collègues Zhiyong Zhang et Chenguang Qiu ont ainsi analysé les performances et les qualités des CNT individuels, en se concentrant sur ces paramètres spécifiques.
"Nos résultats montrent qu'aux nœuds technologiques inférieurs à 10 nm, Les transistors CNT peuvent être 3 fois plus rapides, et 4 fois plus écoénergétiques que leurs homologues en silicium, " Expliqua Peng. " Nous avons démontré que, même en utilisant l'installation de fabrication universitaire très limitée, nous pouvons fabriquer des transistors qui surpassent de nombreuses fois les transistors au silicium, indiquant que l'industrie des puces pourrait aller de l'avant avec la vitesse actuelle pendant encore de nombreuses décennies."
L'étude menée par Peng et ses collègues fournit des preuves supplémentaires suggérant que les transistors CNT sont une alternative viable et souhaitable aux dispositifs CMOS au silicium actuels. Dans leurs analyses, les chercheurs ont également mis en évidence certains des avantages et des inconvénients des circuits intégrés de moyenne échelle qui ont été développés à ce jour, ainsi que les défis qui empêchent actuellement leur mise en œuvre à grande échelle.
Selon Peng et ses collègues, le développement de circuits intégrés (CI) avec de nouvelles structures de puces 3D pourrait encore améliorer les performances des matériaux CNT, ce qui les rend des centaines de fois plus puissants. Leurs analyses et les résultats antérieurs recueillis par d'autres équipes de recherche suggèrent finalement la possibilité que la technologie CNT soit la solution pour fournir une technologie de puce plus puissante et hautement économe en énergie dans l'ère post-Moore.
"À l'heure actuelle, nous pouvons fabriquer quelques transistors extrêmement puissants sur des CNT individuels, mais des circuits intégrés pas très compliqués, " Peng a dit. " D'un autre côté, nous pouvons construire des circuits intégrés à base de CNT avec plus de 10 000 transistors en trois dimensions en utilisant un film mince CNT mais avec des performances très limitées. À l'avenir, nous devons combiner les deux directions de recherche, construire des circuits intégrés à grande échelle hautes performances à l'aide de films CNT avec des performances supérieures à celles de la technologie des puces de silicium."
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