На основе нанотрубок собрали рекордно экономичный переключатель

Схема инвертера и фото углеродных нанотрубок
Схема: Geier, et al. ©2013 American Chemical Society

Исследователи из университета Иллинойса и университета Миннесоты в США представили прототип микроэлектронного логического устройства с рекордно низким уровнем энергопотребления. Использование углеродных нанотрубок в конструкции логического переключателя позволило довести необходимую для работы устройства мощность до нескольких десятых долей нановатта. Подробности приведены в статье ученых для журнала Nano Letters.

Исследователи продемонстрировали небольшую интегральную, выполненную по схеме КМОП (CMOS), построив логический инвертер на двух транзисторах. Взяв изолирующую подложку из оксида кремния, ученые разместили на ней дорожки из золота и оксида алюминия, а затем поместили в промежутки между ними углеродные нанотрубки для создания транзисторных затворов. За исключением этих элементов весь остальной чип был изготовлен стандартными методами вроде послойного атомного осаждения, поэтому, как пишут авторы прототипа, речь идет не о совершенно новой элементной базе, а об расширении уже существующей технологии.

Измерения показали, что устройство в статичном (то есть при нахождении его в одном из двух состояний, «закрытом» или «открытом») режиме потребляет около одной десятой доли нановатта: этот показатель подтвердился и при испытании более сложных логических устройств, сочетающих инвертер с логическими элементами «И» и «ИЛИ». В момент переключения, то есть на пике мощности, потребление энергии достигло десяти нановатт: чип с миллиардом таких элементов потратит около десяти ватт в предположении, что мощность тратится только на переключение логических элементов и не рассеивается за счет электрического сопротивления проводников.

По мнению исследователей, это позволяет говорить о практической реализуемости микроэлектроники с использованием нанотрубок, причем в рамках наиболее широко используемой схемотехники. КМОП-схемы получили широкое распространение в 90-е годы XX столетия и сейчас на их основе выполнена большая часть коммерческих устройств. Основными достоинствами КМОП (сокращение от «комплементарный металлооксидный полупроводник») является низкое энергопотребление и технологичность производства; описанный в новой работе прототип позволяет еще больше снизить энергопотребление, сохранив при этом возможность массового производства.