Техника - молодёжи 1938-01, страница 16

Нанотехнологии

гот n'ostm

Электроя

Транзистор на УНТ: лабораторная реальность

Хорошо известно, что традиционная кремниевая пленарная технология для изготовления электронных микросхем подошла близко к своему теоретическому пределу по миниатюризации отдельных элементов. Дальше - размер в единицы нанометров: транзистор, сравнимый по величине с отдельно взятой молекулой. И здесь, в числе других «претендентов», на сцену опять выходят углеродные нанотрубки {УНТ). Прототипытранзисторов на УНТ уже созданы; мало того, что они меньше своих кремниевых «предков», - они ещё и значительно превосходят их по быстродействию.

Как его сделать?

С помощью УI IT можно создать полевой транзистор, принцип действия которого полностью эквивалентен работе традиционного полевого транзистора, -за исключением того, что каналом переноса носителей заряда является углеродная трубка. Простейшая схема т акого транзистора изображена на рис. 1.

Транзистор изготавливают следующим образом. На кремниевую пластину наносят пару электродов - сток и исток, м сж ду которым и рас 1 l о ла га ют нан отрубку. Сама пластина является затвором. В обычном состоянии канал закрыт, т.к. имеется потенциальный барьер для дырок. Зона проводимости и валентная зона разделены запрещённой зоной с шириной в несколько эВ (рис. 2а),

Но если на затвор подать напряжение, которое приведёт к возникновению электрическою поля там, где находится УНТ, то её зонная диаграмма пере

Рис. 1. Схема полевого транзистора на основе углеродной нанотрубки

шшж^

Наноттгбка

Электрод

Окись кремния

страивается, она становится хорошим проводником (рис. 26). Таким образом, меняя напряжение на затворе, можно управлять проводимостью нанотрубки и соответственно открывать или запирать транзистор.

Чем он может быть лучше кремниевого?

Во-первых, скорость работы УНТ-транзистора намного превосходит быстродействие кремниевых транзисторов. По некоторым оценкам, нанотрубка может работать на частоте в 1 ТГн, что в Сотни раз быстрее, чем скорости современных компьютеров. В настоящее время уже созданы устройства на основе нанотрубок, работающие па частотах до 30 ГГц, что на порядок больше тактовой частоты хорошего современного процессора. Это достигается за счёт высокой подвижности электронов в нанотрубках (в кремнии этот параметр составляет 1400 смУВ-с, а в нанотрубках - около 100 000 смУВ-с).

Во-вторых, теоретический предел для миниатюризации кремниевых эле

ментов составляет 12 нм. Для УНТ такого предела нет, размеры элементов на их основе могут достигать размеров молекулы. Уже созданы транзисторы размером 18x1 нм, которые, даже без существенной оптимизации технологии их изготовления, по многим параметрам работают не хуже кремниевых, гораздо больших по размерам. И это не предел миниатюризации.

В-третьих, процесс производстватран -зисторов на основе УНТ может быть сделан значительно более простым, чем производство кремниевых элементов. Это возможно благодаря технологии печати транзисторов краской, состоящей из углеродных нанотрубок, разрабатываемой компанией NEC, В настоящий момент возможна печать транзистора целиком, включая электроды, слои изоляции и каналы из УНТ. Несомненным преимуществом создаваемой технологии станет резкое снижение количества вредных веществ, поступающих в окружающую среду; например, выбросы углекислого газа, по оценкам, могут быть уменьшены более чем на 90%.

а)

Зона проводимости N

Зона проводимости

Исток Сток

Рис. 2. Зонные диаграммы транзистора без внешнего поля 1а) и в его присутствии [6)

ы