IBM Research ha annunciato oggi un'importante svolta ingegneristica che potrebbe accelerare i nanotubi di carbonio che sostituiscono i transistor al silicio per alimentare le future tecnologie informatiche.
Gli scienziati IBM hanno dimostrato un nuovo modo per ridurre i contatti dei transistor senza ridurre le prestazioni dei dispositivi con nanotubi di carbonio, aprendo un percorso verso drammaticamente più veloce, chip per computer più piccoli e più potenti oltre le capacità dei semiconduttori tradizionali. I risultati saranno riportati nel numero del 2 ottobre di Scienza .
La svolta di IBM supera un grosso ostacolo che il silicio e qualsiasi tecnologia di transistor a semiconduttore devono affrontare quando si ridimensionano. In ogni transistor, due cose scalano:il canale ei suoi due contatti. Man mano che i dispositivi diventano più piccoli, l'aumento della resistenza al contatto per i nanotubi di carbonio ha ostacolato il miglioramento delle prestazioni fino ad ora. Questi risultati potrebbero superare le sfide della resistenza di contatto fino al nodo da 1,8 nanometri, a quattro generazioni di tecnologia di distanza.
I chip di nanotubi di carbonio potrebbero migliorare notevolmente le capacità dei computer ad alte prestazioni, consentendo di analizzare i Big Data più velocemente, aumentare la potenza e la durata della batteria dei dispositivi mobili e dell'Internet of Things, e consentire ai data center cloud di fornire servizi in modo più efficiente ed economico.
transistor al silicio, minuscoli interruttori che trasportano informazioni su un chip, sono stati ridotti anno dopo anno, ma si stanno avvicinando a un punto di limitazione fisica. Con la legge di Moore a corto di vapore, ridurre le dimensioni del transistor, compresi i canali e i contatti, senza compromettere le prestazioni è stata una sfida fastidiosa che preoccupava i ricercatori da decenni.
IBM ha precedentemente dimostrato che i transistor a nanotubi di carbonio possono funzionare come interruttori eccellenti con dimensioni del canale inferiori a dieci nanometri, l'equivalente di 10, 000 volte più sottile di una ciocca di capelli umani e meno della metà delle dimensioni della tecnologia al silicio leader di oggi. Il nuovo approccio di contatto di IBM supera l'altro grande ostacolo nell'incorporare i nanotubi di carbonio nei dispositivi a semiconduttore, che potrebbe comportare chip più piccoli con prestazioni maggiori e un consumo energetico inferiore.
All'inizio di questa estate, IBM ha presentato il primo chip di test del silicio con nodo a 7 nanometri, spingendo i limiti delle tecnologie al silicio e garantendo ulteriori innovazioni per IBM Systems e il settore IT. Avanzando la ricerca sui nanotubi di carbonio per sostituire i tradizionali dispositivi al silicio, IBM sta aprendo la strada a un futuro post-silicio e sta realizzando il suo investimento di 3 miliardi di dollari in ricerca e sviluppo di chip annunciato nel luglio 2014.
"Queste innovazioni di chip sono necessarie per soddisfare le esigenze emergenti del cloud computing, Internet delle cose e sistemi Big Data, " disse Dario Gil, vicepresidente di Science &Technology presso IBM Research. "Mentre la tecnologia al silicio si avvicina ai suoi limiti fisici, nuovi materiali, i dispositivi e le architetture dei circuiti devono essere pronti a fornire le tecnologie avanzate che saranno richieste dall'era del Cognitive Computing. Questa svolta dimostra che i chip per computer realizzati con nanotubi di carbonio saranno in grado di alimentare i sistemi del futuro prima di quanto previsto dall'industria".
Un nuovo contatto per i nanotubi di carbonio
I nanotubi di carbonio rappresentano una nuova classe di materiali semiconduttori costituiti da singoli fogli atomici di carbonio arrotolati in un tubo. I nanotubi di carbonio formano il nucleo di un dispositivo a transistor le cui proprietà elettriche superiori promettono diverse generazioni di tecnologia che si estende oltre i limiti fisici del silicio.
Gli elettroni nei transistor al carbonio possono muoversi più facilmente che nei dispositivi a base di silicio, e il corpo ultrasottile di nanotubi di carbonio offre ulteriori vantaggi su scala atomica. Dentro un chip, i contatti sono le valvole che controllano il flusso di elettroni dal metallo nei canali di un semiconduttore. Man mano che i transistor si riducono di dimensioni, la resistenza elettrica aumenta all'interno dei contatti, che impedisce le prestazioni. Fino ad ora, la riduzione delle dimensioni dei contatti su un dispositivo ha causato un calo proporzionale delle prestazioni, una sfida per le tecnologie dei transistor a nanotubi di silicio e carbonio.
I ricercatori IBM hanno dovuto rinunciare ai tradizionali schemi di contatto e hanno inventato un processo metallurgico simile alla saldatura microscopica che lega chimicamente gli atomi di metallo agli atomi di carbonio alle estremità dei nanotubi. Questo "schema di contatto con legame finale" consente di ridurre i contatti fino a meno di 10 nanometri senza deteriorare le prestazioni dei dispositivi a nanotubi di carbonio.
"Per qualsiasi tecnologia avanzata a transistor, l'aumento della resistenza di contatto dovuto alla diminuzione delle dimensioni dei transistor diventa un importante collo di bottiglia delle prestazioni, " Gil ha aggiunto. "Il nostro nuovo approccio è quello di stabilire il contatto dall'estremità del nanotubo di carbonio, che mostriamo non degrada le prestazioni del dispositivo. Questo ci porta un passo avanti verso l'obiettivo di una tecnologia di nanotubi di carbonio entro il decennio".
