Нанотрубочный транзистор

Создан первый транзистор, состоящий целиком из углеродных нанотрубок. Тем самым открывается перспектива замены привычных кремниевых чипов более быстрыми, дешевыми и меньшими по размеру компонентами.

Первый в мире нанотрубочный транзистор представляет собой нанотрубку Y-образной формы, которая ведет себя подобно привычному транзистору — потенциал, приложенный к одной из «ножек», позволяет управлять прохождением тока между двумя другими. При этом вольт-амперная характеристика «нанотрубочного транзистора» практически идеальна: ток или течет, или нет.

«Небольшие размеры этих нанотрубок и их поразительные возможности по использованию в качестве переключателей делают их кандидатами на роль транзисторов нового класса», — заявил руководитель группы разработчиков Прабхакар Бандару (Prabhakar Bandaru), специалист по новым материалам из Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Получить нанотрубку Y-образной формы ученым удалось добавлением титано-железного катализатора к растущим нанотрубкам. Как сообщает журнал Nature, при закреплении частички катализатора на стенке нанотрубки она становится фундаментом для роста новых нанотрубок.

В современной микроэлектронике транзисторы создают из нескольких слоев полупроводниковых материалов — например, кремния. С развитием технологий производства чипов их компоненты становятся все меньше и меньше, что позволяет в конечном итоге повысить мощь создаваемых на их основе вычислительных систем. Тем не менее, возникают новые проблемы — в частности, с уменьшением размеров элементов растет ток утечки. Это ведет к перегреву элементов, бесполезному расходованию энергии, появлению ошибок. Вероятно, кремниевые чипы уже близки к своим предельным параметрам, и дальнейшая миниатюризация не сможет продолжаться бесконечно.

Это заставило ученых искать методы, с помощью которых стало бы возможным использовать в качестве транзисторов нанотрубки. Существенно меньшие размеры — не единственное их преимущество. Производство нанотрубок химическим способом существенно дешевле современных технологий производства кремниевых микросхем, заключающихся в последовательном нанесении слоев и их протравливании. «Это дает нам возможность создавать устройства намного меньших размеров, но обладающие при этом значительно более широкими наборами функциональных возможностей», — утверждает Хонги Ксю (Hongqi Xu) из шведского университета города Лунда.

Ученым и ранее удавалось создавать логические элементы электронных схем с использованием нанотрубок, однако в них в качестве затворов использовались металлические проводники. Производство подобных устройств включало несколько технологических этапов, вследствие чего экономические перспективы конкуренции новой технологии с уже существующей выглядели весьма сомнительными.

Новый транзистор целиком состоит только из нанотрубок, что значительно упрощает и производство нанотрубочных транзисторов, и создание на их основе сложных электронных устройств. Более того — управляя каталитическим процессом, можно создавать транзисторы из нанотрубок с заданными заранее свойствами — например, напряжением переключения. В настоящее время ученые работают над расширением «алфавита» транзисторов из нанотрубок — в частности, они пытаются создать Т- и Х-образные нанотрубочные транзисторы, которые смогут решать различные задачи в микроэлектронных устройствах недалекого будущего.