(Phys.org) — Alors que l'électronique à base de silicium devrait atteindre ses limites absolues de performances vers 2020, de nouvelles technologies ont été proposées pour poursuivre la tendance à la miniaturisation des appareils électroniques. L'une de ces approches consiste à construire des transistors à effet de champ (FET) directement sur des nanotubes de carbone (CNT). Les dispositifs résultants sont à l'échelle de simples nanomètres, bien que leur fabrication soit toujours un défi.

Maintenant dans un nouvel article publié dans Lettres nano , chercheurs Tian Pei, et al., à l'Université de Pékin à Pékin, Chine, ont développé une méthode modulaire pour construire des circuits intégrés (CI) complexes à partir de nombreux FET sur des CNT individuels. Démontrer, ils ont construit un système BUS 8 bits - un circuit largement utilisé pour transférer des données dans des ordinateurs - qui contient 46 FET sur six CNT. C'est le circuit intégré CNT le plus compliqué fabriqué à ce jour, et le processus de fabrication devrait conduire à des circuits encore plus complexes.

Depuis la fabrication du premier FET CNT en 1998, les chercheurs ont travaillé pour améliorer l'électronique à base de CNT. Comme les scientifiques l'expliquent dans leur article, les NTC semi-conducteurs sont des candidats prometteurs pour remplacer les fils de silicium car ils sont plus fins, qui offre un meilleur potentiel de réduction d'échelle, et aussi parce qu'ils ont une mobilité de transporteur plus élevée, résultant en des vitesses de fonctionnement plus élevées.

Pourtant, l'électronique à base de CNT est toujours confrontée à des défis. L'un des défis les plus importants consiste à obtenir des réseaux de NTC semi-conducteurs tout en supprimant les NTC métalliques moins adaptés. Bien que les scientifiques aient conçu une variété de façons de séparer les NTC semi-conducteurs et métalliques, ces méthodes aboutissent presque toujours à des NTC semi-conducteurs endommagés avec des performances dégradées.

Pour contourner ce problème, les chercheurs construisent généralement des circuits intégrés sur des CNT uniques, qui peuvent être sélectionnés individuellement en fonction de leur état. Il est difficile d'utiliser plus d'un CNT car il n'y en a pas deux qui se ressemblent :ils ont chacun des diamètres et des propriétés légèrement différents qui affectent les performances. Cependant, l'utilisation d'un seul CNT limite la complexité de ces dispositifs à de simples portes logiques et arithmétiques.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs de l'Université de Pékin ont démontré qu'il est possible de construire efficacement des circuits intégrés complexes sur plusieurs CNT, même si les NTC ont des propriétés différentes. Ils l'ont fait en utilisant une approche modulaire, le module de base étant une unité à huit transistors (8-T) construite sur deux CNT avec des propriétés électroniques différentes. L'unité 8-T montre une excellente tolérance à la différence de propriété entre les CNT et peut être utilisée comme bloc de construction pour fabriquer le système BUS 8 bits, qui contient 46 FET sur six CNT. Les tests ont montré que le système BUS 8 bits maintient un signal fort même lorsqu'il traverse sept portes logiques en cascade.

Comme l'expliquent les chercheurs, la méthode est particulièrement intéressante aujourd'hui car elle permet d'explorer les limites de performance des circuits intégrés CNT alors que les problèmes matériels sont encore en cours de résolution.

"Ce travail a défini un moyen général de construire des circuits intégrés compliqués en utilisant des matériaux de nanotubes de carbone actuellement non parfaits, qui (contrairement au silicium) sont unidimensionnels et différents les uns des autres, " Lian-Mao Peng, Professeur à l'Université de Pékin et coauteur du nouvel article, Raconté Phys.org .

L'unité 8-T peut être utilisée comme bloc de construction de base d'une variété de circuits intégrés autres que les systèmes BUS, faisant de cette méthode modulaire un moyen universel et efficace de construire des circuits intégrés CNT à grande échelle. S'appuyant sur leurs recherches antérieures, les scientifiques espèrent explorer ces possibilités à l'avenir.

« Dans nos travaux antérieurs, nous avons montré qu'un transistor à effet de champ à base de nanotubes de carbone est environ cinq (FET de type n) à dix (FET de type p) fois plus rapide que ses homologues au silicium, mais consomme beaucoup moins d'énergie, environ quelques pour cent de celui des transistors au silicium de taille similaire, " dit Peng.

"À l'avenir, nous prévoyons de construire des circuits intégrés à grande échelle qui surpassent les systèmes à base de silicium. Ces circuits sont plus rapides, plus petite, et consomme beaucoup moins d'énergie. Ils peuvent également fonctionner à des températures extrêmement basses (par exemple, dans l'espace) et des températures modérément élevées (potentiellement aucun système de refroidissement requis), sur des substrats souples et transparents, et potentiellement biocompatibles."

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