Ein Nanometersprung auf Billionen von Transistoren

IBM Research-Wissenschaftler Qing Cao entwickelt Methode zur Verknüpfung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen

Wissenschaftler und Ingenieure müssen auf dem Times Square keine Schindeln tragen, die erklären:„Das Ende des Mooreschen Gesetzes ist nahe“. Sie alle wissen, dass Computerchips auf Siliziumbasis bald nicht mehr schneller und kleiner werden. Einer dieser Wissenschaftler, Qing Cao von IBM, hat möglicherweise die Alternative zu Silizium in Kohlenstoffnanoröhren gefunden – aufgerollten Kohlenstoffschichten, die elektrische Signale in einem viel kleineren Maßstab besser leiten können als Silizium.

Cao, der von der MIT Technology Review als Pionier unter 35 ausgezeichnet wurde in diesem Jahr einen Weg gefunden, CNTs aneinander auszurichten und sie dann mit winzigen Verbindungsdrähten aus Metall zu verschmelzen. Das bedeutet, dass sie auf die Größe heutiger Siliziumchips skaliert werden könnten und diese schließlich in den Computern von morgen ersetzen könnten. Cao erklärte auf der dieswöchigen TR ., wie er es geschafft hat, Nanoröhren in Arrays auszurichten und dann Metallatome an das Ende einer vier Atome breiten Nanoröhre zu schweißen 's EmTech in Cambridge, MA. Ich habe Cao eingeholt, um einen kleinen Einblick in seinen Vortrag zu bekommen.*

*Update, 21.10.16:Sehen Sie sich Qing Caos EmTech-Präsentation bei der MIT Technology Review an.

Qing Cao , IBM Research (Bildnachweis:MIT Technology Review)

Was ist die Grenze von Silizium und wie überschreiten CNTs diese Grenze?

Qing Cao: Siliziumchips halten bereits bei 22 nm Milliarden von Transistoren. Dies sind die Arten von Chips in den heutigen Servern. Und wir haben gezeigt, dass 7 nm möglich sind. Aber die Fähigkeit von Silizium endet bei etwa 5 oder 6 nm, wenn es auf die Wand der Quantenmechanik trifft. Kohlenstoffnanoröhren jedoch mit ihrer intrinsisch geringen Größe – etwa 1 nm oder nur vier Atome breit – ermöglichen es uns, einen Knoten von 5 nm oder mehr zu erreichen. In dieser Größenordnung könnten CNT-Transistoren im Vergleich zu Silizium doppelt so schnell arbeiten und dabei weniger als die Hälfte des Stroms verbrauchen.

Warum konnten wir noch keine CNT-Chips bauen?

Qing Cao , IBM Research (Bildnachweis:MIT Technology Review)

QC: Wenn wir auf kleinere Geräte umsteigen, müssen gleichzeitig die Stecker schrumpfen. Aber die Reduzierung der Metallsteckergröße auf unter 10 nm erhöht den Widerstand stark und bringt somit die Geräteleistung zum Erliegen. Wir – mein Team am Thomas J Watson Research Center und ich – haben eine Möglichkeit entwickelt, das Ende der CNTs durch starke chemische Bindungen mit einem Molybdändraht zu verbinden, und haben in diesem Fall verifiziert, dass die Reduzierung der Steckerdimension keine Kompromisse eingeht Geräteleistung, selbst wenn die Größe der Metallanschlüsse auf nur noch 40 Atome Breite oder sogar noch kleiner geschrumpft ist.

Nach der Lösung des Steckerproblems benötigen wir noch einen CNT-Wafer, um CNT-Chips zu bauen. Mein Team hat einen Weg entwickelt, Nanoröhren zu nebeneinander ausgerichteten Arrays auf Wafern selbst zusammenzubauen. Die Möglichkeit, CNT-Arrays auf einem Wafer zu montieren und sie dann mit winzigen Metalldrähten mit minimalem Widerstandsverlust zu verbinden, bedeutet kleinere Chips mit höheren Geschwindigkeiten als Silizium – und die Fortsetzung des Mooreschen Gesetzes.

Wann, glauben Sie, schaffen es diese Chips in unsere Computer und Geräte?

QC: Ich denke, dass solche Nanoröhren-Geräte in den nächsten 10-15 Jahren in Produkten auftauchen und dazu beitragen werden, das Mooresche Gesetz für mindestens die nächsten 20 Jahre aufrechtzuerhalten. Schließlich wollen wir 1 Billion Transistoren in einen Prozessor packen (das ist mehr als die Anzahl der Sterne in der Milchstraße!)