(Phys.org) —Poiché si prevede che l'elettronica a base di silicio raggiungerà i propri limiti assoluti in termini di prestazioni intorno al 2020, sono state proposte nuove tecnologie per continuare la tendenza alla miniaturizzazione dei dispositivi elettronici. Uno di questi approcci consiste nella costruzione di transistor ad effetto di campo (FET) direttamente su nanotubi di carbonio (CNT). I dispositivi risultanti sono sulla scala di semplici nanometri, anche se la loro fabbricazione è ancora una sfida.

Ora in un nuovo articolo pubblicato su Nano lettere , ricercatori Tian Pei, et al., all'Università di Pechino a Pechino, Cina, hanno sviluppato un metodo modulare per la costruzione di circuiti integrati complessi (IC) costituiti da molti FET su singoli CNT. Dimostrare, hanno costruito un sistema BUS a 8 bit, un circuito ampiamente utilizzato per il trasferimento di dati nei computer, che contiene 46 FET su sei CNT. Questo è il circuito integrato CNT più complicato fabbricato fino ad oggi, e il processo di fabbricazione dovrebbe portare a circuiti ancora più complessi.

Da quando il primo FET CNT è stato fabbricato nel 1998, i ricercatori hanno lavorato per migliorare l'elettronica basata su CNT. Come spiegano gli scienziati nel loro articolo, i CNT semiconduttori sono candidati promettenti per sostituire i fili di silicio perché sono più sottili, che offre un migliore potenziale di ridimensionamento, e anche perché hanno una maggiore mobilità dei portatori, con conseguente maggiore velocità di esercizio.

Eppure l'elettronica basata su CNT deve ancora affrontare delle sfide. Una delle sfide più significative è ottenere array di CNT semiconduttori rimuovendo i CNT metallici meno adatti. Sebbene gli scienziati abbiano escogitato una varietà di modi per separare semiconduttori e CNT metallici, questi metodi provocano quasi sempre CNT semiconduttori danneggiati con prestazioni degradate.

Per aggirare questo problema, i ricercatori di solito costruiscono circuiti integrati su singoli CNT, che possono essere selezionati individualmente in base alla loro condizione. È difficile utilizzare più di un CNT perché non ce ne sono due uguali:ognuno ha diametri e proprietà leggermente diversi che influiscono sulle prestazioni. Però, l'utilizzo di un solo CNT limita la complessità di questi dispositivi a semplici porte logiche e aritmetiche.

Nel nuovo studio, i ricercatori dell'Università di Pechino hanno dimostrato che è possibile costruire in modo efficiente circuiti integrati complessi su più CNT, anche se i CNT hanno proprietà diverse. Lo hanno fatto utilizzando un approccio modulare, con il modulo base che è un'unità a otto transistor (8-T) costruita su due CNT con proprietà elettroniche diverse. L'unità 8-T mostra un'eccellente tolleranza alla differenza di proprietà tra i CNT e può essere utilizzata come elemento costitutivo per fabbricare il sistema BUS a 8 bit, che contiene 46 FET su sei CNT. I test hanno dimostrato che il sistema BUS a 8 bit mantiene un segnale forte anche quando passa attraverso sette porte logiche in cascata.

Come spiegano i ricercatori, il metodo è particolarmente prezioso ora perché consente di esplorare i limiti prestazionali dei circuiti integrati CNT mentre i problemi materiali sono ancora in fase di risoluzione.

"Questo lavoro ha stabilito un modo generale per costruire circuiti integrati complicati utilizzando materiali di nanotubi di carbonio attualmente non perfetti, che (a differenza del silicio) sono unidimensionali e diversi tra loro, "Lian-Mao Peng, Professore all'Università di Pechino e coautore del nuovo articolo, detto Phys.org .

L'unità 8-T può essere utilizzata come elemento costitutivo di base di una varietà di circuiti integrati diversi dai sistemi BUS, rendendo questo metodo modulare un modo universale ed efficiente per costruire circuiti integrati CNT su larga scala. Basandosi sulla loro precedente ricerca, gli scienziati sperano di esplorare queste possibilità in futuro.

"Nel nostro lavoro precedente, abbiamo dimostrato che un transistor ad effetto di campo basato su nanotubi di carbonio è circa cinque (FET di tipo n) a dieci (FET di tipo p) volte più veloce delle sue controparti in silicio, ma consuma molta meno energia, circa una piccola percentuale di quella dei transistor al silicio di dimensioni simili, " ha detto Peng.

"Nel futuro, abbiamo in programma di costruire circuiti integrati su larga scala che superino le prestazioni dei sistemi a base di silicio. Questi circuiti sono più veloci, più piccoli, e consuma molta meno energia. Possono funzionare anche a temperature estremamente basse (es. nello spazio) e temperature moderatamente elevate (potenzialmente non è necessario alcun sistema di raffreddamento), su supporti flessibili e trasparenti, e potenzialmente essere biocompatibile."

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